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历程。该技术源于20世纪70年代美国军方对甚高频（Very High Frequency，VHF）（30～300 MHz）多模式无线电系统的开发。直到20世纪90年代，软件无线电概念才被明确提出。
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。例如，不同无线通信设备的射频载波不同、调制方式不同、波形结构不同等。这就使得军事无线装备具有如下特点：
（1）品种多；
（2）系列多；
（3）通用性差；
（4）协同能力差。
这就是传统的“硬件无线电”。硬件无线电的上述特点，无法适应现代战争海、陆、空、天立体协同作战的要求。因此，必须考虑如何解决。
2. 解决的方法
在现代战争中发挥着重要作用的空军中，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。
图1-1 机载无线电设备
由于受到飞机载重能力的限制，不可以无限地增加飞机上无线电设备的数量和重量。因此，美国空军启动了综合航电系统（Integrated Communications Navigation Identification Avionics，ICNIA）计划。综合航电系统包括通信、导航和识别系统。该计划的目标是：开发一种多功能、多频带的航空无线电系统。
1992年，综合航电系统的样机成功进行了测试。这是世界上第一个可编程的无线电系统。
在美国开发的第四代战斗机上采用了高度综合的航空电子系统。该系统的关键电子设备是一个综合的核心处理机。其中的通信、导航、识别系统整合为一个子系统（Communications Navigation Identification，CNI）。该系统可以提供以下功能：
（1）超视距敌我识别（Identification Friend or Foe，IFF）能力；
（2）安全、多通道、多频段语音通信能力；
（3）机载内部数据链（Inter Flight Data Link）交换能力；
（4）多编队飞行同步显示能力；
（5）支持35种不同的通信、导航、识别的信号波形的能力；
（6）射频（30～1600 MHz）无线电通信。
这些功能是由一系列不同类型的通用模块支持的（如图1-2所示），飞机电子设备不再出现通信机、导航仪等具体设备，系统功能是通过软件在通用模块的支持下实现的。
图1-2 通信、导航、识别子系统
这就是最早的“软件无线电（Software Radio，SR）”。
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，通信技术经历了从固定通信到移动通信，从模拟通信到数字通信的两次变革，并将迎来第三次变革——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。
图1-3 移动通信发展
移动通信经历了三代发展：
（1）第一代移动通信系统（1G）：模拟移动通信系统；
（2）第二代移动通信系统（2G）：数字移动通信系统；
（3）第三代移动通信系统（3G）。
现在，正在研究第四代移动通信系统。
移动通信系统的升级换代速度很快，成本巨大。如果采用硬件替换的方法完成这种升级换代，则所需的成本惊人。据估计，在欧洲建立全新的3G网络需要费用达2000亿美元。
移动通信系统的标准很多，如表1-1所示。
表1-1 移动通信系统标准
在我国国内，三大移动运营商使用的移动通信系统有：
（1）GSM；
（2）CDMA；
（3）TD-SCDMA；
（4）WCDMA；
（5）cdma2000。
为了实现一部手机可以全球漫游的目标，需要适应不同的通信标准。为此，提出了“多标准通信终端”的概念。所谓多标准通信终端，就是可以工作在不同通信标准下的用户单元。为了实现多标准通信终端，采用传统的硬件无线电的方法显然是困难的；因为硬件无线电方式的经济成本较高。
例1-1 GSM系统的升级。
解 在GSM手机中增加GPRS数据服务，需要用户购买新的硬件终端，需要支付较大的经济负担。
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。
例1-2 GSM系统的升级（续）。
解 在GSM系统中增加GPRS数据服务，如果采用软件无线电方式，用户就不需要购买新的硬件终端，只需下载新的软件就可以获得新的服务。
这样，系统升级的成本大大降低。
因此，许多专家认为：软件无线电是一个解决全球无线通信需求的方案。软件无线电技术将会成为未来无线通信设备设计的核心技术。
例1-3 SMR系统的升级。
解 美国的SMR系统是用于出租车行业的无线通信系统。用硬件无线电方法对该系统进行升级，有两种方案：
（1）在现有站点和频段采用全新网络，同时更换新的车载机，在某一个特定时刻进行网络切换；
（2）采用全新的频段来配置新的系统，并逐步将老用户转移到新的系统中来。
方案（1）的缺点在于：在原有车载机旁加装新的系统是困难的，所需的经济成本也比较大，用户无法接受。
方案（2）的缺点在于：频谱资源非常紧缺，获得新的频段是很困难的；两个频段同时服务于一个用户群，经济负担也是无法承受的。
如果采用软件无线电的方法进行系统升级，可以进行逐步升级方案：在典型SMR的5个信道中，先将其中一个信道用于新的系统，过一段时间增加一个信道，直到全部5个信道都更新完毕。
该方案的优点在于：成本最低。
例1-4 3G移动通信系统的升级。
解 现在的3G移动通信系统就是基于软件无线电技术的，因此，3G移动通信系统在系统升级时所需的成本是很低的。
结论：在无线通信系统升级时，采用软件无线电技术付出的成本是最低的。