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软件无线电台

来源:互联网 责编:大嘴 作者:刘见微 时间:2005-10-09

系统英文名称:Software  Defined  Radio (SDR)

研制国家或地区:美国及欧洲一些国家

研制时间:二十世纪九十年代

部署时间:二十一世纪初

关键词:软件无线电  军事通信

1.       系统组成

软件无线电技术是近年来提出的一种实现无线电通信的新的体系结构。在1992年5月美国电信系统会议上,Jeo Mitola首次提出了软件无线电(Software  Radio)的概念,之后即迅速引起了人们的关注,并开始对它进行广泛而深入的研究。具体地说,软件无线电是将模块化、标准化的硬件单元以总线方式连接起来,形成一个基本平台,并通过软件加载来实现各种无线通信功能的开放式的体系结构,并把尽可能多的无线通信及个人通信功能用软件实现。这样无线通信新系统、新产品的开发将逐步转到软件上来,而无线通信的产品价值将越来越多地体现在软件上。它使得通信系统摆脱了面向用途的设计思想,被认为是无线通信从模拟到数字,从固定到移动之后的又一次突破,并将在未来的移动通信、卫星通信、跳频通信侦察方面产生巨大的影响。

2.   功能及特点

软件无线电台(SDR)日益成为能使不同国家和同一国家不同的军种相互通信而没有障碍的新技术。更重要的是,软件无线电台有可能重新定义军用电台的功用,从而使它变成一种多媒体的“信息优势”装置,用于在战场上交换话音、文本、图像和其它数据。

有人把软件无线电台比喻为个人计算机,因为电台中相当标准的处理器能够处理由软件程序定义的繁重的通信任务。因此,这种PC能起因特网门户网站、字处理器、数据管理器和军事演习(即“仿真”)的作用,在很大程度上依赖于所装的软件。有些功能确实需要附加插件、插卡和适配器,但用户只要装入新的软件就可以增加许多新功能。而且,宽带和因特网连接使其能够利用偏远地点的软件资源。

软件无线电台具有许多与PC相同的功能,因为它是一种注入了无数应用程序的容器。可编程软件无线电台自70年代以来就处于研制中,今天已有不少的数字式软件可编程无线电台投入使用。但是,在这些电台中,软件和硬件是捆绑在一起的。支持下一代软件无线电台的设计方案是,软硬件都得与开放体系结构相符合,众多厂商根据这种体系结构正在制造可运行第三方波形的无线电台。

3.   现状及发展趋势

诸多因素已促使20世纪80年代的硬件偏多的数字电台逐步向下一代多频段、多工作方式的SDR电台转移。以美陆军为例,它所做的技术改进工作包括提高嵌入式处理器的处理速度和能力,使数字信号处理器能够完成调制解调器的功能;改进模数转换器,使其具有较高的转换率,以及提高动态工作范围;开展以编程技术为目标的技术开发,如公开对象请求中介体系结构(CORBA)中间软件,它可使软件的功能性独立于基础硬件。

据美国防高级研究计划局(DARPA)高技术办公室托马斯·迈耶博士讲,使其成为可能的一项关键技术就是处理速度可能比传统系统快几个数量级的微机电系统(MEMS)交换机。因此,能在很大的频段范围内对SDR电台进行调频。天线的设计也很超前,把天线以叠加的方式“印刷”在基片上目前正成为可能。

美国联邦通信委员会于2000年3月发表的有关SDR电台的调查报告中指出,对有关SDR电台的基本技术在1995年就作为国防部非专列计划的一部分首次进行了演示。尽管如此,使电台能够工作在多种频段上,并能利用多种不同波形的想法还是后来夭折的“易通话”计划的核心技术。为了此项计划,美国空军罗姆实验室于1990年8月同Haseltine公司(现为BAE系统公司)首次签订了研制合同。自从“易通话”计划被合并到美军联合战术无线电系统(JTRS)之后,这项计划同其他大量的多频段、多工作方式电台研制计划一样,又被其他军种提了出来。

预计,相同的设计方案还可能被应用于法德两国联合实施的多工作方式多用途无线电高级演示模型(MMR—ADM)可行性研究计划提出的相类似的未来战术无线电系统。据法国国防部电信和信息计划执行处(SPOTI)的官员费朗索瓦布歇讲,Thales公司的某些分公司和EADS公司目前正在对MMR—ADM计划从事相关研究、集成和论证工作。MMR—ADM计划始于1999年,应于2003年走出实验室并投入野外试验。目的就是演示在共享相同硬件的同时利用7种波形(HF / VHF / UHF)。

英国国防部还继续等待通过国防评估和研究局(DERA)可编程数字电台(PDR)应用研究计划开展的有关软件电台开发方面的情况汇报。预计由美国公司和一些欧洲公司研制的软件电台将在2005/2006年以后供英国军方选用。英国国防部认识到,从软件电台所获得的好处,其中包括联合与盟军的互通性,可降低平台整合费、减少后勤和降低整个寿命周期费用。当然,英国防部还认识到,诸如知识产权(IPR)、第三方权利(使第三方可以把波形引进软件电台)和密码等诸多事宜,都要在软件电台投入使用之前得到解决。

因此,英国国防部正在资助雷卡研究公司(目前的Thales公司)开展波形定义语言(WDL)标准的研究;论证不同厂家的软件无线电系统之间波形软件的可行性(基于波形定义语言);定义未来(2010年后)波形;开展适用于同地点工作的高级电台前端。除此之外,英国防部还正在资助政府的通信电子安全小组(CESG)开展有关可供软件电台使用的可编程信息安全模块的研究。英国还与美国、法国和德国一起组织了一个FM3TR四方工作组,这是专门解决软件电台问题的小组,如波形知识产权、波形定义语言和体系结构标准(包括美国的JTRS体系结构)、各试验台之间演示公共小型软件的可行性等问题。1999年11月,德国、英国和美国在德国普福尔茨海姆进行的软件电台试验获得圆满成功。这是世界上共用波形工作在不同国家的硬件上的首次互通性演示。

软件电台的引进和互通性问题仍然悬而未决。在某些领域,还无法确定人们在决定实际使用多少多频带和多少多波段能力方面进行了周密的思考。尤其是有人提出,多模式电台的优点正如它们在空中和海上工作环境下那样,在地面工作环境下的优点也并不很明显。因此,投资平衡(BOI)研究仍要走很长的路,优先考虑的仍是“传统”的战术电台计划,如法国的PR4G电台计划和英国的“族人”电台计划。预计在软件电台还没有大量问世使用之前,英国还会大量采购“族人”电台。

从特性上讲,正像欧洲方面所做的投资分析那样,美国方面的投资分析对软件电台性能的评价似乎不是很高。即使在美国通信业界内部,从技术和使用的长远观点来看,也存在着非常明显的矛盾心理。

高级战术通信系统利用软件无线电技术的一个典型例子是小型部队作战态势感知系统(SUO  SAS)。实际上,SUO  SAS是一种全盘通信和信息系统,它由4个主要的分系统组成,即单个指战员态势感知系统(IWSAS),它是最基本的通信和显示单元;指战员战术连接相关设备(WTA),可为基地和移动应用提供附加的处理、通信组网和数据库装置;可重复架设多次使用的中继 / 路由器 / 信标,用来提供延伸的通信距离;有机战术传感器(含音响传感器、视频传感器、磁力传感器等)用于威胁探测。分别来自这些传感器的传感数据将被汇集到态势感知系统,并与来自外部传感器——联合监视和目标攻击雷达系统(JSTARS)、“全球鹰”无人机和“掠夺者”无人机——信号一同进行处理。

美海军将用软件可编程无线电台装备舰只和基地,从而以一部电台取代几部电台和计算机。该电台能与海军和盟军的现有通信和数据标准接口,并具有供新的波形使用的附加带宽的特点。

随着武装部队向美国防部的单一、无缝隙的数据环境构想迈进,传统的无线电台在话音、数据和视频汇聚成单一信息流之际显得无能为力。灵活性的先天不足激发了对更加灵活的多功能通信工具的需求,因为这些通信工具容易重新配置,从而满足指挥官的即时战术需求。

能够满足上述需求的一种装置是模块化数字电台(DMR),美海军计划在2002年装备这种电台。该电台由摩托罗拉公司开发的软件可编程电台的商用型演变而来。DMR是某个公司无线信息传输系统(WITS)大型计划的组成部分,即通过软件重新配置而无需改进硬件的通信系统的组成部分。

美海军的DMR电台是摩托罗拉公司6004软件可重新定义通信系统的改进型。尽管硬件是相同的,但DMR选用的软件比6004少。但是,由于该系统是WTIS产品系列的组成部分,所以海军在未来能够很容易地修改和升级软件。多功能和灵活性是DMR不同于其它可编程软件无线电台的两个主要因素。它可作为系统中系统运行,从而实现通信和信息传输,其开放体系结构使得它能够凭借海军的标准简单网络管理协议(SMP)软件运行。该电台还与海军的以太网接口,而且具有标准的串行接口。

DMR的最初现场试验计划于2001年1月和8月之间在舰上实施。在该电台通过现场试验后,将送往舰队。该计划定于2002年开始装备战斗群。该电台的率先应用是对海军舰只提供卫星通信,以取代传统的设备,或成为主要系统。

4.   研究经费

美军

2000年      1147.9万美元

资料来源:

1.      王爱粉,刘炯,苟彦新.软件无线电技术在未来通信中的应用探讨.现代军事通信.2001,9(2).

2.      李玲,舟成. 软件无线电台将使战场通信焕然一新. 外军电信动态.2001,(2).

3.      刘绪珍,皱城. 软件定义电台的现状与发展趋势. 外军电信动态.2001,(2).

4.      冉隆科,香城. 美海军将装备软件电台. 外军电信动态.2001,(2).

撰写人:刘见微