第1章软件无线电与认知无线电概述讲述.ppt

第1章 第1章 软件无线电与认知无线电概述 1.1 软件无线电与认知无线电的研究背景 1.2 软件无线电与认知无线电的定义 1.3 软件无线电与认知无线电的发展 1.4 软件无线电与认知无线电所需技术 1.5 软件无线电与认知无线电的研究与进展 1.6 软件无线电与认知无线电的应用 1.1 软件无线电与认知无线电的研究背景 1.1.1 软件无线电的研究背景 1.1.2 认知无线电的研究背景 1.1.1 软件无线电的研究背景 与许多通信新技术一样，软件无线电技术，最早也是由军事通信技术发展而来的。经历了从军用到民用的发展进程。 20世纪70年代，软件无线电概念的最早，源于美国军方对甚高频（VHF：Very High Frequency，30—300MHz）多模式无线电系统的开发。 20世纪90年代，软件无线电概念才明确提出。 1. 问题的提出 随着电子通信技术的发展，电子信息设备在军事领域中的作用越来越重要。军事现代化的一个重要标志，就是军事信息化。无线通信已经成为现代战争的重要信息传输手段。 但是，长期以来，军用无线设备都是针对不同的军事需求而设计的。对于不同的军用无线通信设备而言，虽然它们的发送与接收单元有许多相似的功能，但结构却有许多不同，不能通用。 这就是传统的“硬件无线电”。 2. 解决的方法 在现代战争中发挥着重要的作用的空军中，飞机上有着众多的无线电设备： （1）雷达系统； （2）通信系统； （3）导航系统； （4）识别系统。 在传统的“硬件无线电”中，这些系统分别由不同的硬件设备构成。飞行任务的日益复杂多样，使得机载无线电设备越来越多，如图1-1所示。 3. 移动通信的困惑 在民用通信领域，无线移动通信是发展最为迅速的通信技术。在短短的数十年中，通信技术经历了两次变革： （1）从固定通信到移动通信； （2）从模拟通信到数字通信。 并将迎来第三次变革： （3）从“硬件无线电”到“软件无线电”。 近20年来，移动通信发生了飞速变化，如图1-3所示。 4. 软件无线电的引出 为了解决军用与民用无线通信系统的多标准问题，软件无线电无疑是最佳的选择。 对于各种不同的通信标准，全世界都可以生产具有相同结构和器件的硬件平台，软件无线电终端可以通过软件下载获得新的服务。这样可以大大降低成本。 1.1.2 认知无线电的研究背景 软件无线电是一种载波频率、信号带宽、调制方式、网络接入等特性均由软件定义的无线电技术。 1. 软件无线电的特点 软件无线电的优势主要体现在以下几个方面： 2. 频带分配 频谱是通信能够使用的唯一资源。与水、空气等自然资源一样，频谱也是一种日益短缺的资源。 3. 频谱利用率与频谱空洞 对于频谱这个通信能够使用的唯一资源。可用频段分为两类： （1）授权频段； （2）非授权频段。 授权频段是由政府授权使用的。专门的频谱管理机构分配特定的授权频段，供给特定的通信业务使用。因此，授权频段具有独享性。 非授权频段是开放的，使用者无需申请，就可以使用。因此，非授权频段通常是饱和的。 4. 认知无线电的引出 将被授权用户称为主用户，或既有用户；与之对应，未被授权的用户称为次用户，或认知用户。 为了提高频谱资源的利用率，减少频谱空洞的出现。可以在主用户没有使用授权频谱的情况下，允许次用户接入频谱空洞。这样，就可以提高频谱资源的利用率。这就是认知无线电的基本思想。 1.2 软件无线电与认知无线电的定义 随着无线通信技术的发展，无线电技术经历了以下发展： （1）从硬件无线电到软件无线电； （2）从软件无线电到认知无线电。 那么，究竟什么是软件无线电？什么是认知无线电？ 在这一节中，我们给出软件无线电与认知无线电的定义。 1.2.1 软件无线电的定义 现代通信技术中，无线通信与移动通信无疑是发展最快、应用最广的技术之一。无线通信与移动通信技术的发展，为我们当今的生活带来了极大的改变。 随着通信进入数字技术时代，数字通信系统已经成为我们当今主要的通信系统。数字信号处理成为了解决通信问题的最佳方法。 1. 软件无线电的含义 面对越来越多的各种通信设备，我们需要一种软件无线电技术。有了这种软件无线电技术，只需要配置一个无线电硬件设备，就可以实现任何通信应用。 2. 软件无线电的定义 1992年，美国MITRE公司的Joseph Mitola III首次明确提出了“软件无线电”的概念。他给出的软件无线电的定义为： 定义1：软件无线电是多频带无线电，它具有宽带的天线、射频转换、，模/数和数/模变换，能够支持多个空中接口和协议，在理想状态下，所有方面（包括物理空中接口）都可以通过软件定义。 3. 软件无线电的特点与核心 软件无线电论坛的定义，比较全面的描述了软件无线电的特点： （1）三多：多频段/多模式/多功能