软件无线电软件通信管理论文

【摘要】本文对软件无线电在铁路电台通信中的应用和实现进行了阐述，并对铁路通信特点进行掌握，在信号传输过程中采用感应方式，在手法处理中采用全双工的方式，对原来存在的各种模拟铁路电台、例如调顺、调幅电台进行了兼容，这样能对各种电台模式间进行切换，希望具有借鉴意义。下面小编整理了一些《软件无线电软件通信管理论文 (精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

软件无线电软件通信管理论文 篇1：

基于SCA的以太网设备组件的设计与实现

摘要：针对软件通信体结构(SCA)电台中以太网设备组件的具体应用背景，在传统的以太网硬件设备提供的产生和获取以太网数据包的功能基础上，以太网设备组件作为以太网硬件设备的软件抽象，屏蔽底层硬件实现细节。提出了符合SCA规范的以太网设备组件的设计和实现方法，并对基于TCP/IP协议的以太网硬件进行有效封装，采用公共对象请求代理体系结构(CORBA)组件方式实现以太网逻辑设备，提供访问以太网口硬件的方法和属性。为SCA电台中的波形应用和服务提供了统一的以太网接口，提高了波形应用的可移植性和可重用性。

关键词：软件通信体系结构(SCA);以太网;设备组件;CORBA

文献标识码：A

1 引言

针对传统无线电通信系统中波形应用存在的通用性、互通性和移植性的问题，软件无线电(Software Radio)应运而生[1]。软件无线电的核心一软件通信体系结构(SCA)作为美军联合战术无线电系统(JTRS)计划投巨资制定的技术规范，是未来各军兵种无线通信系统都将遵循的一体化结构[2]。SCA是一个开放的、与具体实现和外部硬件无关的系统标准框架，包含硬件体系结构、软件体系结构、安全附录和应用程序接口(APD附录[3]。基于SCA的平台架构具有开放性、灵活性、可移植性和组件化等特点[4]。SCA系统从构造一个标准通用的硬件平台出发，采用软件的方式来实现不同的通信协议、调制解调方式和工作频段等，将无线通信业务从硬件基础模式中解放出来，并能通过升级系统软件轻松实现系统功能的更新和升级。SCA平台架构如图1所示，通用硬件平台可根据应用场景的需要进行裁剪，通用软件平台部署在通用处理器(GPP)上：

平台架构采用分层设计，包括通信波形应用、通用软件平台和通用硬件平台。通信波形应用主要由波形组件构成，是SDR系统通信功能的实际执行体。通用软件平台为波形应用开发和系统管理提供统一的接口和服务，同时对硬件平台处理器进行统一管理。通用硬件平台为通信波形提供比特流和符号流的传输，完成基带协处理和中频处理的工作。SCA规范在整个软件平台上对框架接口和软件结构上做出了限制，但对各部分具体功能的实现并不做要求。平台组件的开发包括了设备及服务组件的开发和波形应用组件的开发，这是平台设计开发的重点内容。平台设备组件为上层波形应用和服务提供符合JTRS APIs规范的设备接口，提高波形應用的可移植性和可重用性，具有重要意义。

2 SCA软件平台APls及设备组件

2.1 软件平台APls

通用处理器(GPP)具有灵活、可扩展性和应用可移植性强的特点，承担了SCA系统中通用软件平台角色。部署在GPP上的标准化API对于实现SCA系统中波形应用组件的可移植性和可重用性至关重要。SCA规范中以统一建模语言(UMD的表达方式详细描述了各类接口之间的关系。这些以接口描述语言(IDD定义的接口以及这些接口的继承类也就形成了应用程序的接口(API)，被波形应用程序调用。这样保证波形应用程序和服务不用关心组件内部的实现细节(如编程语言或操作环境)，也使得在一个平台上开发的波形应用可以复用到不同大小、任务或部署的软件无线电平台，提高了在软件无线电系统中部署新功能的速度，同时降低系统的维护成本[3][4]。SCA标准中的APIs包括：基本应用接口、框架控制接口、框架服务接口、基本设备接口[5]。图2所示是JTRS系统中GPP上部署的APIs的基本描述。

基本应用接口一般由应用组件继承，如波形应用组件、平台日志组件;框架控制接口和框架服务接口则是由核心框架使用，可提供文件系统，文件管理等功能;基本设备接口由各类型设备使用，可选继承基本设备接口的相关接口，同时可选继承基本应用接口的相关功能，主要为设备组件提供软件加载和执行接口，通过软件接口实现对硬件物理设备的控制和管理。设备组件是底层物理硬件设备的软件抽象，提供访问物理硬件设备的方法和属性，向上层波形组件提供符合JTRS接口规范的统一设备接口，屏蔽底层硬件的实现细节[6]。

2.2 SCA系统中设备组件

SCA系统中的设备组件是底层物理硬件设备的软件抽象，是一种采用组件方式实现的逻辑设备。设备组件的设计采用面向对象的思想，将访问物理硬件设备的方法和属性封装成接口类，并根据设备组件的接口需求和功能需求建立设备组件的UML模型，生成IDL接口描述文件。为了适应无线电设备在不同应用场景的需求(如机载、舰载和手持)，SCA4.O[7]提出了轻量级组件的设计，在设备组件的IDL文件中选择性继承接口，通过接口的继承方式就能控制设备组件的大小。

设备组件的设计主要包括三个方面：一是端口定义，用于设备组件与其它组件之间的连接通信和数据交互;二是接口设计，确定设备组件的具体功能，支持它所代表的物理硬件设备的具体方法和属性;三是设备组件具体实现，根据软件平台、功能需求和设备组件API标准来设计实现[8]。在SCA系统中，组件采用统一建模语言(UML)描述组件的接口模型，IDL文件描述了设备组件的端口定义和接口设计，并选择继承需要实现的接口类，同时可以被编译成不同编程语言用于在不同操作环境(OE)中具体实现，提高了组件的可移植性。

3 以太网设备组件的设计

根据联合战术无线电集(Joint Tactical Radio(JTR) Sets)中定义的一套通用的以太网设备标准，对其提供的服务和接口进行实现。以太网设备是一种采用CORBA组件方式实现的逻辑设备，提供访问以太网口硬件的方法和属性。

3.1 以太网设备端口定义

以太网设备组件端口是其与外界数据交互过程中的数据通信口。图3描述了以太网设备具备五个端口，总体上分为两类：使用者端口(UserPort)和提供者端口(ProviderPort)，端口具有方向性。使用者端口功能定义：1)通过该端口将以太网设备中的数据传送到域中其它与该端口连接的组件端口中，以供被使用者接收数据;2)通过该端口将控制信号、数据包大小、优先序列数量、流量控制等报文信息传送到域中其他与该端口连接的组件端口中。提供者端口功能定义：1)用于接收其它组件的传入数据;2)其使用者可将控制信号、数据包大小、优先序列数量、流量控制等报文信息传入以太网设备;3)其使用者可通过该端口对以太网设备的数据流进行控制。图3所示是以太网设备的端口图。

以太網设备的端口定义基于面向对象的思想，将端口的属性和功能封装成类。以太网设备的API是由端口类中的方法实现。以太网设备组件作为底层以太网硬件设备的封装，它的基本功能就是从硬件设备获取外界传入的数据包和发送数据包到与之相连的其它组件，与其它组件的交互通过继承通用数据包接口类来实现，如Packet、DevicelO。

3.2 以太网设备接口设计

SCA4.0中对接口和组件有了明确的区分(接口函数形式和功能保持不变)，对组件的划分更为精细，对接口设计采用选择性继承方式，使得接口设计更为灵活，提高组件的重用性，降低系统成本。以太网设备的接口设计是根据平台提供的资源来确定其具体功能，并定义了相应的属性和操作。以太网设备各接口类图如图4所示，主要包括三类接口类图，继承接口类和操作如表1所示;

4 以太网设备组件的具体实现

图5所示，在SCA电台中数据终端通过以太网设备与波形应用组件相连进行数据传输，以太网设备提供产生和获取以太网数据包的功能以及流控操作，同时为了便于今后的组网实现，预留模式配置接口。

4.1 实现方法

以太网设备是对硬件以太网接口的抽象，它与终端数据基于TCP/UDP数据交互，与波形应用组件基于CORBA数据交互。

4.1.1 网络协议栈封装

以太网设备与数据终端数据交互是基于嵌入式TCP/IP协议[9]，结合软件平台提供的网络协议栈对基于TCP/IP协议的以太网硬件进行有效封装。通信过程中，每层协议都要加上一个数据首部(header)，称为封装(Encapsulation)。以太网设备根据数据终端的发送业务需求，采用不同模式的套接字(socket)来支持数据传输和数据控制。同时支持对以太网帧的抓取，方便对传输数据的进一步分析和数据传输路径判断。

4.1.2 采用CORBA组件方式

组件间的交互采用CORBA中间件提供分布的组件对象间通信连接，屏蔽分布、嵌入式计算系统环境中各计算单元具体实现的差异和操作系统间的差异，为上层的波形应用软件组件提供统一的API。以太网设备组件根据IDL描述的接口进行实现，定义和实现能具体化CORBA对象的伺服类。数据交互之前，以太网设备和波形组件需要建立连接，抽象为客户端朋艮务端(C/S)模型。首先以太网设备和波形组件实例化端口对象，并将提供者端口的对象引用公布到域中。然后，在使用者端口的创建端口连接方法中，根据可扩展标记(XMD文件中描述的连接关系，将域中提供者端口的对象引用本地保存，以太网设备组件和波形组件间的逻辑连接完成;数据交互时，当数据流从波形组件到以太网设备时，根据连接关系，波形组件的使用者端口作为以太网设备提供者端口的客户端，以太网设备提供者端口作为波形组件使用者端口的服务端。通过本地保存的以太网设备提供者端口的对象引用，获取CORBA伺服类对象，最后调用推送数据流的方法，至此波形应用组件推送数据流到以太网设备完成。以太网设备在判断数据包的传输目的地址不是本地时，需要将数据包推送给相连的波形组件，此时，根据以太网设备使用者端口中保存的波形组件的提供者端口对象引用，调用推送数据流方法，将数据流推送至波形组件。

4.2 具体实现分析

根据以太网设备基本功能需求，结合实现方法，分别对基本功能设计实现。图6描述了以太网设备基本功能实现框图。

(1)基于VxWorks嵌入式实时操作系统的网络协议栈叫作SENS，即可裁剪增强网络协议栈。SENS是基于TCP/IP协议栈发展而来，主要特点是在数据链路层(由网络接口驱动程序实现)和网络协议层之间多了MUX层，如图6所示的。以太网设备在构造函数中默认创建IP套接字数据传输，在以太网设备连接使用者端口时，在connectUsesPort函数中，调用muxBind函数将协议类型与特定的网络接口绑定，函数参数传入一个协议数据处理函数指针、网络接口的名字等参数，并设置为接收数据;此时，将在所有标准协议接收之前调用协议数据处理函数，因此以太网设备实际上采用TCP/IP协议中原始套接字方式实现抓取不同协议、不同目的地址的数据包功能。如果目的地址和电台本机的IP地址不相等，则该数据包将不再被传递至上层协议或底层，根据图6中以太网设备和PDCP组件的连接关系(XML文件中描述)，EthConsumerOutPort 端 口 中 保 存 了PdcpConsumerInPort端口的对象引用，通过调用对象引用的pushPacket方法将数据包推送至PDCP组件中;否则，该数据包扔回协议栈中，继续向上或向下传递。PDCP组件推送数据流到以太网设备时，同样调用PdcpConsumerOutPort端口保存的EthConsumerInPort端口对象引用的pushPacket方法，将数据流推送至以太网设备。

(2)以太网设备中采用了数据流速控制和发送请求/允许请求控制来保证数据的有效传输。具体数据处理流程，包括从底层硬件设备接收数据，传递给波形应用组件;从波形应用组件获得数据，交由底层硬件设备传输。参考JTRS标准以太网设备API中提供的以太网设备提供数据时序图和以太网设备消费数据时序[10]。

5 结束语

设计的以太网设备组件，遵循了SCA规范中逻辑设备组件的设计方法，从以太网设备组件的端口定义、接口设计和具体实现展开详细的论述。以太网设备组件的端口定义和接口设计满足JTRSAPIs规范，提高了软件的可移植性、可重用性以及组件间的互操作性。以太网设备组件的具体实现基于软件平台提供的网络协议栈，抓取原始套接字，判断数据包的目的地址，并确定发送路径，能够广泛应用于电台的通信组网;在组件间的数据交互中，采用CORBA中间件，提高了传输效率;数据处理流程上采用了数据流速控制和发送请求，允许请求控制两类机制，保证了数据有效传递。本文中以太网设备组件的开发，为其它设备组件的开发提供了参考。

参考文献

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[2]李兰花，王玲，施峻武等SCA系统中以太网设备组件的设计与实现[J]微电子学与计算机，2016，33 (3)：41-45.

[3]王庆生.基于SCA规范的软件无线电系统设计[J]现代导航，2012，03(1)：56-60

[4] 陆志彬.基于软件通信体系结构的波形应用研究与实现[D]成都：电子科技大学，2008

[5]周新，SCA在通信系统中的应用研究[D]成都：电子科技大学，2014

[6] 范建华，王晓波，李云洲基于软件通信体系结构的软件定义无线电系统[J]清华大学学报：自然科学版，2011，51(8)：1031-1037

[7]Modular Sofiware-programmable Radio Consoflium SofiwareCommunication Architecture (Version4.0) [R].Washington， JIRSJoint Program Office， 2012

[8] 李兰花，基于SCA和USRP的通信系统设计与实现[D]长沙：湖南师范大学，2016

[9] ZHANG J H.Study on Embedded TCP_IP Protocol and ARMImplementation[J]Applied Mechanics&Materials，2014，556-562：6046-6049

[10] Joint Tactical Radio System (JIRS) Standard Ethemet DeviceApplication Program Interface

(APD Version：1.2.2.31，March， 2008

作者：陈雄 李宏民 徐玲玲 银壮辰

软件无线电软件通信管理论文 篇2：

铁路无线通信中软件无线电的应用分析

【摘要】 本文对软件无线电在铁路电台通信中的应用和实现进行了阐述，并对铁路通信特点进行掌握，在信号传输过程中采用感应方式，在手法处理中采用全双工的方式，对原来存在的各种模拟铁路电台、例如调顺、调幅电台进行了兼容，这样能对各种电台模式间进行切换，希望具有借鉴意义。

【关键词】 铁路无线通信 软件无线电 应用分析 数字信号处理

无线通信中存在着诸如多种通信体系、各种标准并存、缺乏频率资源的问题，无线个人通信系统在发展过程中新系统逐渐出现，其生存周期缩短，过去的无线通信因为主要对硬件充分应用，导致其难以跟上时代，所以软件无线电就此产生，其基本概念是在无线通信平台中对硬件作为主要方式，多使用具有个人通信功能的软件，保证软件也具有无线通信新系统，软件无线电在技术上将A/D和D/A变换器向射频端进行靠拢，充分应用宽带天线和多频段天线，A/D变换将在中频频段中进行，应用可编程数字软件来进行处理，这个体系在结构上非常通用，能对以上问题进行充分解决，保证无线通信系统能够在频段、用户和体制上能够具有多样性。这种系统的实现需要非常高性能的宽带天线、A/D变换器、数字信号处理器和通用CPU，目前的个人通信系统其硬件平台的处理能力很高，能够博爱恒对不同软件进行应用保证功能和服务更加丰富。

一、软件无线电介绍

关于其体系结构特点如图1所示，其和过去无线电系统结果区别是A/D和D/A趋近RF端，从过去的基带移动到中频位置，完成采样工作。另外在对A/D前和D/A后进行处理中采用的DSP/CPU更加高速。在微电子技术的发展过程中，数字器件性能得到了提升，数字无线电得到发展，然而软件无线电和数字无线电概率具有不同，因为A/D和D/A趋近RF端只能保证软件无线电形成，其真正目的是用是器件编程能力强取代数字电路能够带来很多优势。软件无线电工作模块有处理信道、管理环境和在线/离线工具三个部分，信道频段频程形状更加均匀、耗损更低，其接口也能为不同业务提供方便，比特流的数据信号能够利用基带处理进行调制和解调，能够对抗衰落和抗干扰进行计算，因为基带宽带和调制波形的变化，所以其复杂程度不统一，比特流处理主要做前后纠错处理，之后通过软件解码来对数字话音和数据进行信源编解码处理，在环境管理模块中对频率、时间、空间特征等进行用来对无线电环境进行表征。软件无线电目的是保证通信系统能不受硬件限制，如果系统结构稳定可以采用软件实现，在系统改进和升级过程中，其成本更小，更加便捷，能保证系统之间的兼容性。

二、感应通信技术

利用27.5接触网作为波导线，采用无线-有线-无线方式保证前后机车协调操纵同步运行对讲，保证了机车、车站和调度三者间的无线调度，对隧道和山道间的无线通信问题进行了有效解决。感应通信在传播上不仅灵活而且场强分布具有自己特点，其沿着感应线链状分布，在隧道中应用较为稳定，难以受到环境的影响，虽然很多铁路感应通信电台采用模拟系统，其性能较好，但是对于通信性能进行提高是最主要工作。铁路通信感应电台系统如何达到数字化、智能化和软件化，并对软件设计和智能模块技术进行应用，保证在不同技术通信环境下铁路移动机车感应电台系统的通信能够达到相应标准，保证控制调整更加智能，软件无线感应电台传输频段更加灵活，可以按照传播环境等自动完成网络调整和动态优化工作。

三、感应电台系统构成

软件无线电铁路感应电台主要是对对感应通信特点进行结合，软件无线电技术传输频段更加灵活，信道接入模式较多，速率多样化，能够按照网络传播环境做出自动调节，这个系统不仅有可靠的硬件平台，还与实用的软件体系。这种感应电台，其性能和技术指标更高、在射频发射前和接收后用户接口采用数字化处理、其对语音接口进行模拟，语音编码方式速率为5.3kbps，其数据传输有备用接口，采用RS232，在数字调制中采用4PSK方式，通信更加可靠，对码流采用纠错技术，系统能够抵抗噪声和干扰，其可靠性更强，其通信方式有两种，一种是点对多点广播式，另一种是点对点双向式，并对原来的模拟AM、FM感应电台兼容互通性进行了保留，其硬件结构如图2所示，其有效带宽为25KHZ，中心频率是412.5KHz，其收发频道对DSP编程进行自动选择，可以选择信道进行数据的发送和接收，能达到双向通信的效果。系统主要功能是信源信道编解码、调制、协议和信令处理，可以通过DPS编程完成，软件系统方面主要采用五个模块，分别是实时处理模块、控制分析模块、线路输入输出模块、终端模块以及功能选择模块等，

四、通信方式

感应通信电信系统主要采用FDD方式，两个频段分别作为正反链路，防止发射和接收同时工作过程中信号泄露问题的出现，其频带宽度为25kHz，其通道两个子信道和隔离带，如图3所示，分贝用来发、收信息，每个信道有三个逻辑信道，分别是语言、数据和信令，其中信令处于打开状态，机车和车站利用信令进行通信控制。

五、采用软件无线电的数据结构

感应电台数据结构应对三个层，分别是物理、链路和应用，链路层在数据打包和解包过程中国最为主要，可以分为逻辑链路控制子层和介质访问控制子层，采用简化高级数据链路控制规程对数据进行打包处理，根据电台通信的需要，把其中存着的不用的部分进行删减。射频采用桥式电路、带通滤波器保证信号的收发两个程序能够分开进行，防止干扰的存在，如果发送功率太大，贵对接收电路造成影响，虽然感应通信系统和其他无线通信系统比起来，其更加稳定，但是其存在着一定的波动，主要是因为在火车运行过程中接收电平降低，因为在射频电路中添加自动增益控制，能够保证电平的稳定性。

六、信号处理

屹接收端的信号处理中，当电台在接收模式下，其信号会在前端接收放大，通过带通滤波器送到高速D/A转换器，滤波器的频率相位和幅度等能够通过DPS设定和调整，保证符合信道变化的要求，并在带通滤波后的模拟信号经过带宽A/D变换器转换成数字信号进入DSP。除此之外，还有亿发送端信号处理和役DPS信号处理能力的估计。总之应用软件无线电概念和系统模型，感应无线电台能多模式转换，对职能切换，在通信领域中广泛应用，其实现离不开DPS技术的应用，今后还会更好发展。

参 考 文 献

[1]冯博，郑斐，王丽娜.铁路应急通信无线传输系统中基于软件无线电的无线中继设计[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2010，01：61-65.

[2]唐鹏，鲁东旭.无线通信中DSP和软件无线电技术的应用[J].通信技术，2010，06：224-226.

[3]唐泽鹏，宋威.软件无線电在铁路通信中的应用[J].电声技术，2001，06：45-50.

[4]黄旭.软件无线电技术在铁路通信中的应用[J].铁路计算机应用，2004，08：32-34.

[5]王雪.浅析软件无线电技术及其在下一代通信系统中的应用[J].天津工程师范学院学报，2006，03：57-60.

[6]谢春童.从软件无线电到认知无线电的无线通信发展现状[J].数字技术与应用，2015，09：19-20.

作者：孙路军

软件无线电软件通信管理论文 篇3：

认知无线电技术在短波综合通信系统中的应用展望

摘要：认知无线电是软件无线电向更高阶段的发展，对保证复杂电磁环境下的通信效能具有重要作用。本文首先介绍了认知无线电的基本概念和发展情况，分析了认知通信系统的组成架构，对认知无线电的关键部件认知引擎进行了阐述。然后，结合短波综合通信系统的设备现状及使用情况，对认知无线电技术在短波综合通信系统上的应用前景进行了展望。

关键词：认知无线电;频谱感知;认知引擎;短波综合通信系统

在信息化战争时代，电磁信号源的急剧增多以及作战双方干扰、抗干扰的对抗，对整个战场通信环境带来了两个不利影响：1)常用频段的极端拥挤，可用频率资源减少。2)电磁环境的急剧恶化，包括干扰在内的各种无用频率信号使通信变得更加困难。这就和信息化战争条件下大容量、可靠的通信需求产生了尖锐的矛盾。

因此，如何解决因频率资源紧张和频谱环境恶化而带来的通信效能下降的问题，已经成为一种迫在眉睫的需求。认知无线电技术(Cognitive Radio，CR)[1]是解决上述问题的有效方法。认知无线电可以感知周围的频率、时间和空间等特征，对环境、位置、信道、网络、协议、用户以及设备本身的内部结构进行推理，实时调整传输参数，实现信息的高效可靠传输，是一种智能化的无线通信技术。

1 认知无线电的概念和发展

1999年“软件无线电之父”J.Mitola博士首次提出了认知无线电的概念并系统地阐述了CR的基本原理。此后，经过多年的研究，目前普遍认为CR应该具备以下3个主要特征：

1)感知能力.感知能力使CR能够感知其外部频谱环境信息，发现空闲的频谱资源或干扰信号，寻找合适的信道，这是CR工作的前提。

2)推理和学习能力.推理和学习能力使CR能够根据感知到的外界电磁环境和自身的状况，同时结合过往的工作数据，得出当前的最佳通信参数的能力，这是CR工作的核心。

3)重构能力.重构能力使得CR设备可以根据推理结果对设备的各种参数进行重设置的能力。可以重构的参数包括：频率、发射功率、调制和编码方式、通信协议等。一个常见的CR设备工作流程如图 1所示：

如图1所示，CR设备的工作过程一般分为以下三个阶段：1)认知阶段：系统感知外界的电磁频谱环境;2)决策阶段：根据感知到的外界电磁环境和已有的知识经验，经过运算推理，得出最适合当前环境的通信参数;3)重构阶段：根据决策结果对系统进行参数加载或配置，继续通信。

感知、决策、重构这三个阶段不断的循环，构成了CR设备工作的全过程。

此外，由于认知无线电的特点，人们迅速发现认知无线电技术具有重要的军事意义，越来越多的国家将此作为研究的焦点，其中以美国的DARPA(Defense Advance Research Products Agency，国防高级计划研究局)的XG项目最为典型。从2003年开始，XG以CR技术为核心，着眼于开发认知无线电的实际标准和动态频谱管理标准，采用软件无线电技术来实现最大限度的时域、频域和空间等信息的利用，并称其论证的频谱效率可使目前的频谱利用率提高10～20倍。此外，由于认知无线电能够主动感知战场电磁环境并对接收信号进行识别，因此可以一边进行电磁频谱侦察，一边快速释放或躲避干扰，实现传统无线通信设备所不具备的电子对抗功能【2】。

2 认知无线电的体系架构

2.1 认知无线电和软件无线电的关系

上世纪90年代早期，J.Mitola提出了软件无线电(Software DefinedRadios，SDR)的概念。软件无线电的核心思想是将A/D和D/A尽可能靠近天线，使尽可能多的通信功能用软件定义，以达到根据用户需求随时调整通信参数和进行系统重构的目的。在1999年的论文中，Mitola又提出了认知无线电的概念，认知无线电使得软件无线电中的参数调整和重构不再是单纯以用户需求为输入，而是结合了用户需求和电磁环境，智能化的做出调整，使通信参数不仅与需求相适应，而且能够与环境相匹配。因此，认知无线电是软件无线电向更高阶段的发展，不仅包括信号处理和系统重构，还包括根据相应的任务、规则和环境进行推理得出系统重构依据的高级活动。所以，从这个层面上看，认知无线电是智能化的软件无线电【3】。

2.2 基于软件无线电的认知无线电架构

认知无线电作为智能化的软件无线电，具有软件无线电的所有特征。但是，认知无线电和单纯的软件无线电又有所不同，认知无线电必须具备感知周围电磁频谱环境的能力，必须具备学习和推理的能力。因此，认知无线电的架构应该比软件无线电更复杂。

按照对认知无线电特征的理解，通常情况下，认知无线电系统应该由软件无线电系统、频谱感知单元、认知引擎【4】3部分组成，架构如图 2所示。

图2中，频谱感知单元是一般软件无线电系统所不具备的部分，它的主要功能就是感知外界电磁环境，经过特征提取后将感知结果反馈到认知引擎。

软件无线电系统是完成系统通信功能的部分，它接受认知引擎的控制，按照认知引擎的要求进行参数的调整和系统的重构。

认知引擎是在软件无线电平台上实现基于人工智能技术的推理与学习，实现并驱动整个认知环路，实现认知功能的核心部件。可以说，认知引擎是CR的“大脑”。

2.3 认知引擎

认知引擎是认知无线电的核心部件，通常情况下，认知引擎由学习机、推理机、知识库、认知控制器等几部分组成，其架构如图3所示。

由图3可以看出，认知引擎包含认知控制器、知识库、学习机、推理机以及三个主要的对外接口。1)认知控制器：认知控制器协调控制认知的全过程，接口的输入输出也由认知控制器控制。2)知识库：知识库存储各种先验知识、认知结果和规则。3)学习机：学习机对用户输入的规则、频谱感知得到的环境参数、知识库中的先验知识进行分析、融合，对推理机的推理结果进行比较优化。4)推理机：推理机根据学习机的学习结果和知识库中的先验知识进行推理，得到的推理结果通过无线控制接口控制无线通信波形的重构。5)三个对外接口分别是：认知用户接口：用户通过该接口输入需求及规则;无线感知接口：接收感知信号处理的结果;无线波形控制接口：认知引擎通过该接口控制无线通信波形的重构。

3 短波综合通信系统现状

短波综合通信系统主要装备地面固定通信台站或者大型水面船只，完成多方通信保障任务。因此短波综合通信系统需要具备同时开通多路短波信道的能力，多路收信道可以使用多路耦合器实现天线复用。短波综合通信系统的配置如图4所示。

由图4可以看出，短波综合通信系统是由一个个独立的收信和发信通道组成，收发通道数量可以根据用户需求配置。收信和发信通道都接受控制管理系统的统一控制，协同工作。

在通信参数的选择上，主要依据先验经验进行预先规划或通过频管系统，选择相应参数进行通信。而由于短波信道的时变性，这种预先规划通信带有较大的不可靠性，在激烈对抗的情况下，电磁环境更为复杂不可靠的情况则更为明显，这就给用户普遍造成了“短波通信不好用”的印象。因此，如何改变这一现象，降低短波通信对人工干预的依赖，提高通信的可靠性，就成为当前短波通信系统应用中的一个焦点问题，而认知无线电给我们提供了一个很好的思路。

4 在短波综合通信系统应用认知无线电技术的构想

由短波通信的特点可知，影响短波通信的因素主要有两个：1)本地的电磁环境，直接影响接收效果;2)通信时的电离层特性，影响天波通信信号，是造成天波通信时衰落、多径等现象的主要原因。这两个因素都随时间及外界环境变化(包括敌方干扰)而变化，没有客观规律可循，因此，对短波通信产生了较大的影响。

短波综合通信系统是一个多发多收的系统，具有数量众多的收发信道。而通常情况下，除了少数信道一直处于工作状态，执行值守任务外，其余的信道，都处于空闲或值守状态。因此，这部分信道完全可以被利用起来，用来实现认知无线电功能，提高短波通信效能。

在具体措施上，空闲收信道可以被当做频谱感知单元使用，对本地频谱进行实时感知，多个收信道联动，可以实现对全频段的快速扫描感知，寻找本地接收效果较好的频点。也可以和通信对端配合，在情况允许的条件下通过主动发射探测信号并接收分析，对电离层情况进行判断，寻找较好的天波通信频点。两者结合，可以得到本地接收条件较好的地波通信频点以及电离层条件较好的天波通信频点，共同组成一个实时更新的频率池，供短波综合通信系统备用。如短波综合通信系统的通信情况发生恶化至必须更改通信频点，就可以从频率池中选择合适频点恢复通信。整个过程如图5所示：

5 在短波综合通信系统应用认知无线电技术的展望

在短波综合通信系统中应用认知无线电技术，可以在很大程度上提高短波通信的可通率和抗干扰能力，在理论上和技术上都是可行的，有较大的应用价值。但是，要想付诸实际，还存在一些问题需要解决。

1)在现有系统中加装认知引擎。可以依托于现有的控制管理系统实现，也可以外挂在现有的控制管理系统上，通过控制管理系统和收发信机间的控制接口实现对感知信息的传递及对收发信道的控制。2)全频段的快速频谱感知。全频段的感知速度受限于射频前段的带宽、收信机换频速度以及数字信号处理的能力。现阶段可以多个收信机合并分段扫描处理的方法提高速度。后续也可以研制更大带宽、换频更快的收信机。并且，对短波频段来说，实现对2MHz～30MHz全频段的直接数字化是完全可能的，而数字信号处理的能力可以采用硬件资源堆叠的方法实现。3)通信波形的升级，增加与认知引擎接口，针对认知通信流程做适应性改造。4)设计高可靠波形用作勤务波形，保证通信双方的基本沟通，勤务波形要求在信道条件极差的情况保证最低限度的通信。

当然，想在现有短波综合通信系统上实现认知无线电的技术，需要解决的问题还有很多，以上只是部分问题和初步的解决思路。从技术上看来，这些问题都是可以得到解决的，认知无线电技术在现有的短波综合通信系统上的应用完全可以成为现实。

6 结束语

短波通信作为保障远程通信的主要手段之一，在通信领域有着极其重要的地位。但是，长期以来，由于短波通信所固有的选频难的特点，短波通不上、通不好的现象时有发生。并且，随着电子信息装备数量的增多，共址电磁环境急剧恶化，也使得短波通信的效能进一步下降。为了改善短波通信的现状，人们进行了种种努力，但都不够理想。因为这些手段都缺乏实时感知当前频谱情况的手段，也没有根据当前情况和历史经验进行学习和推理的能力。

认知无线电技术作为一种全新的通信技术，能够实时感知周边电磁频谱环境，经过学习和推理，实时调整通信参数，并不断改进系统性能，有效提高通信设备的通信效能及抗干扰能力，恰恰弥补了短波通信的缺点。因此，在短波综合通信系统中应用认知无线电技术，必将能够大幅提升短波通信的效果，使短波这一古老的通信手段焕发新的青春和活力。

参考文献：

[1] J.Mitola. Cognitive Radio：An Integrated Agent Architecture for Software Defined Radio， Ph.D.Dissertation， Royal Institute of Technology， 2O00.

[2] 赵陆文， 周志杰， 缪志敏等. 浅析认知无线电在军事通信中的应用[J]. 无线通信技术， 2007(4).

[3] 杨小牛. 从软件无线电到认知无线电，走向终极无线电[J]. 中国电子科学研究院学报， 2007(1).

[4] 刘先锋， 刘勤. 基于SCA的 认知无线电台结构研究[J]. 无线通信技术， 2008(4).

作者：张剑锋　王峥