軟件無線電是近幾年提出的一種新的無線電通信的體系結構。其基本概念是把硬件作為無線電通信的基本平臺，而將盡可能多的通信功能轉為用軟件實現，從而改變了長期以來通信電臺一直沿襲的為某一特定用途設計，采用“硬布線”和“硬件堆集”的傳統方法，使得無線通信的新系統、新產品的開發逐步由硬件設計轉到軟件設計上來。這樣，系統和產品的改進與升級換代，不同系統之間的互聯互通，只需更換軟件即可。非常方便且代價小。可以預料，軟件無線電出現，與個人PC所經歷的變革一樣，必將使無線電通信領域產生一場質的飛躍。

從軟件無線電的技術實現角度來看，關鍵技術是采用多頻段和寬帶天線以及智能天線（Smart Antenna），將A/D、D/A變換盡可能地靠近射頻天線端口，即由現在的基帶移到中頻，甚至射頻，A/D變換后的所有處理都用可編程DSP，依靠軟件編程來實現。因此，這種體系結構具有很強的通用性，是實現多頻段。多工作模式和多用戶通信的最佳途徑。

軟件無線電有許多問題急待解決，主要是：射頻天線、高速模數轉換器、高速DSP、各種通信協議。

1 多頻段和寬帶天線

首先澄清兩個不同概念，即多頻段和寬帶天線的概念。多頻段和寬帶天線的設計使天線能夠在寬頻段上工作，但多頻段意味著能在幾個分離的不同頻段上工作，在所設計的天線最高和最低頻率之間常常無相鄰覆蓋，而寬帶則意著天線設計的最高和最低頻段之間有相鄰覆蓋。在實現應用，要做到各個通信系統的互聯互通，顯然要求射頻天線具有良好的多頻段性能和可程控的多頻段、多功率射頻轉換能力。

從軍事應用上看，各軍種對能在多個頻段上工作的天線需求強烈，這主要來源于各軍種的“戰場數字化”的宏偉設計，所謂數字化是指利用現有無線電鏈中在各戰斗梯隊之間實時地傳送各種話音、數據和圖象等多種信息。為達到這一目的，正在努力實施裝備多頻段、多工作方式無線電臺的計劃，而多頻段天線則是多頻段、多工作方式無線電臺的關鍵部件之一。美軍早在1992年就開始了“易通話”（Speakeasy）這一軟件無線電系統計劃的研究。該計劃旨在研究出一種多頻段、多工作模式電臺（MBMMR-Multiband multimade Rodio），其第一階段的高級開發模型已向政府演示了幾種功能：分別了4種不同的電臺通信（Have Quick、HF Modem、HF、SINCGARS）實現了互通，同時實現了HAVE Quick跳頻網和SINCGARS跳頻網的網間互通；通信業務包括話音、數據和圖象，而同時改變兩個互聯的Speakeasy電臺傳輸波形則顯示了系統的可編程性。進入第二階段后，“易通話”計劃將著重開發一種能在幾個可選工作頻段上，使用若干個可選擇的工作波形同時在多信道上同步通信的系統。

對于機載天線而言，今后的努力方向是能將多頻段天線和寬帶天線綜合到飛機中，即將天線裝在機殼內，以減少空氣阻力和飛機的凸出部件造成的電磁干擾，這種超薄陣列和共形天線技術，使實現“靈巧機殼”成為可能。同時，由于不必使用各種分離天線，可避免由于天線的近距相互干擾而產生的信號畸變和失真。

解決寬帶和多頻段天線設計問題的方法是采用先進的計算機仿真技術來模擬新天線的設計特性，如GTE政府系統公司已經研制出能夠同時在兩個頻率點發送和接收卡塞格倫反射器天線，這種天線的副反射器在反射一個頻率的時，能夠讓另一個頻率通過；同時巴爾的摩Westinghouse電子系統集團已研制出一種將L波段的敵我識別系統（IFF）集成到S波段無線電臺中的多頻段天線。但要真正找到多頻段天線的最佳解決方案，恐怕還要等以時日。

2 智能天線（Smart Antenna）

智能天線的基本思想是：天線以多個高增益的動態窄波束分別跟蹤多個期望用戶。發射信號時使期望用戶能接收到最大功率信號；接收時，抑制窄波束以外的干擾信號；這里所說的跟蹤并不一定要將高增益窄波束把向期望用戶的物理方向，因為移動用戶的實際物理方向隨機變化，難以確定。因此，智能天線波束跟蹤的真正含義是：在最佳路徑方向上形成高增益窄波否并跟蹤最佳路徑的變化，而且這種跟蹤無需關于期望信號和干擾環境先驗信息。圖1為智能天線波束跟蹤的基本思想。

智能天線與傳統天線有著本質的區別，其理論基于信號統計檢測、估值理論和最優控制理論，隨著自適應天線和高分辨陣列信號處理技術的不斷發展，智能天線成為天線發展的一個熱門話題。圖2為一個Ku波段移動衛星通信系統上行鏈路的簡單例子。多址方式為FDMA，S1與S4用同一頻率，假定S1是期望用戶，則天線主波束指向并跟蹤S1，而在S4方向上是零陷，采用高分辨陣列處理中的MUSIC算法估計信號到達方向矢量（用以初始化自適應跟蹤算法），波束形成采用自適應天線的最小均方誤差算法。

由此可以看出智能天線的幾個特點：
·  具有空分多址的能力。對進入的多路信號可獨立地處理，對不同方向的信號可以根據不同的信號和干擾特性采樣不同的自適應算法。
·  波束成形和控制等目前可以用DSP實現，從而具有功能擴展能力，易于與軟件天線電臺接口。

目前，智能天線的研究包括：
·  信道模型研究。除了關心除支信道的一般特性外，還要研究多徑信號的空間特征和DOA（Direction of Arrival，信號到達方向）擴展。
·  智能化發射。主要是構造最優化準則，在一定的結束（如功率結束等）下，使期望用戶接收的信號功率最大，而使非期望用戶接收的信號功率最小。
·  智能化接收。主要研究天線陣列的輸出，主要基于自適應衡模算法（CMA.Constant Modulus Algorithm）的CM陣。
·  硬件實現。主要天線陣列的物理實現和信號處理算法的實時實現。

3 商用產品在軍事中的應用

軍用天線的設計目前面臨的問題是如何以較低的成本設計出高性能的天線，采用的方法是普遍使用商用流行產品（COTS）。通過對COTS天線進行必要的改進，以適應極其惡劣的環境要求。如美國加州查茨沃斯的TECOM工業公司的T-4000高增益天線系統，就是以國際海事衛星組織使用的電調相控陣天線為基礎，發展適用于飛機使用的天線系統，如空軍C-135飛機。另外，Westinghouse也正在積極尋求民用客戶，如聯邦航空管理局和航空航天局，在這些民用合同競爭過程中，該公司已將為美國空軍制造天線的長期計劃提到儀事日程。這一計劃包括為空軍E-3空中預警飛機設計的超低副瓣天線，為B1轟炸機首次生產X波段電子掃描無源陣列天線和為F-22戰斗機制造X波段有源陣列天線。

以上僅就軟件天線電中射頻天線的發展狀況，探討了多頻段和寬帶天線、智能天線的理論和技術實現問題，還很全面，所涉及技術問題有待繼續探入研究。此外，有關軟件無線電的其它關鍵技術如高速模數轉換器、高速DSP以及通信協議等也應予以關注和研究。

作者：
廣州解放軍體育學院（510500）孔靜萍
廣州市廣播電視大學（510030）郝毅
西安空軍工程大學電訊工程學院（710077）趙雪巖