SDR--未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備的基本概念

　　 高速數(shù)字鏈路：射頻和基帶平臺(tái)之間的鏈路是多條高速數(shù)字鏈路。為支持第二代和第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，此鏈路上的數(shù)字信號(hào)傳輸速率將超過(guò)1~2Gbit/s這個(gè)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到系統(tǒng)的成功；

　　 通用基帶數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)：此平臺(tái)由多種相同或不同的數(shù)字電路板所組成，其數(shù)量根據(jù)系統(tǒng)容量決定，是可以積木式擴(kuò)容的。在每只電路板中，主要的器件是可編程、可設(shè)置的基帶數(shù)字信號(hào)處理電路。此平臺(tái)應(yīng)當(dāng)完成圖1中右面幾個(gè)單元，諸如接口、信息應(yīng)用及控制等功能。

　　 多種軟件包：在此平臺(tái)建立起來(lái)后，大量的技術(shù)和內(nèi)容就是各種軟件，它們將包括：

　　- 控制軟件包：如對(duì)基站進(jìn)行配置、設(shè)置、管理等的軟件；
　　- 物理層軟件包：對(duì)每一種標(biāo)準(zhǔn)和制式將有其物理層軟件；
　　- 高層軟件：分別對(duì)每一種標(biāo)準(zhǔn)和制式；
　　- 系統(tǒng)接口軟件：對(duì)多種接口要求。

　　這些軟件都將存放在基帶數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)中，或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)加載進(jìn)來(lái)。

圖1 SDR結(jié)構(gòu)的基本單元
Figure 1 Basic Elements of the SDR Architecture

　　4.2 寬帶可編程、可配置的射頻和中頻技術(shù)

　　目前的無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)中，每個(gè)載波的帶寬從25kHz (TACS)到5MHz (WCDMA)；工作頻段從800MHz 到3GHz；在射頻接收和發(fā)射各方面都有不同的技術(shù)指標(biāo)。這對(duì)SDR多模式設(shè)備來(lái)說(shuō)是最具有挑戰(zhàn)性的工作。其主要問(wèn)題是：

　　- 寬帶工作的問(wèn)題。目前射頻元器件的水平還只能支持20%左右的帶寬，故在初期的SDR設(shè)備中，在支持多標(biāo)準(zhǔn)時(shí)還可能要求更換射頻模塊；

　　- 模擬電路的可編程和可配置問(wèn)題。模擬電路是技術(shù)進(jìn)展最緩慢的部分，故在目前設(shè)計(jì)SDR設(shè)備時(shí)，都盡可能降低對(duì)模擬電路進(jìn)行編程的要求，而廣泛采用中頻(數(shù)字中頻)技術(shù)。

　　4.3 智能天線(xiàn)技術(shù)

　　對(duì)未來(lái)的無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備，特別是基站設(shè)備，不論工作于TDD或FDD雙工方式，都必須基于智能天線(xiàn)才可能提供更高的頻譜效率。對(duì)SDR基站設(shè)備，使用智能天線(xiàn)技術(shù)于所有所支持的模式也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

　　4.4 基帶處理平臺(tái)

　　從技術(shù)核心到實(shí)現(xiàn)可編程和可配置等方面，任何無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)的核心是其RTT中的物理層技術(shù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的復(fù)雜性越來(lái)越高，也就要求基帶處理平臺(tái)的能力越來(lái)越強(qiáng)。目前，能用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的器件主要是數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)兩大類(lèi)。前者已達(dá)到數(shù)千MIPS的能力；而后者已超過(guò)百萬(wàn)門(mén)。以上兩種器件各有其特點(diǎn)，分別適用于處理不同的問(wèn)題和算法。一個(gè)重要的發(fā)展方向是將兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，用并行處理的技術(shù)，在不無(wú)限提高主頻的前提下將處理能力提高到上萬(wàn)MIPS，同時(shí)還具有快速編程和配置的能力：即所謂超級(jí)并行處理器(Re-configurable Processor, RCP)。

　　對(duì)用戶(hù)終端來(lái)說(shuō)，其基帶處理平臺(tái)將主要由MCU和RCP構(gòu)成。在終端設(shè)備中，除要求強(qiáng)大的處理能力外，還要求低功耗，這也要依靠微電子近年的進(jìn)展來(lái)保證。

　　4.5 準(zhǔn)制式的接口

　　對(duì)無(wú)線(xiàn)基站，不同標(biāo)準(zhǔn)和體制有不同的網(wǎng)絡(luò)接口，如GSM的Abis，3GPP的Iub，等等。其物理層和高層都不相同。在SDR基站中，必須要支持這些不同的接口要求，并通過(guò)重新編程和配置來(lái)解決。

　　4.6 業(yè)務(wù)問(wèn)題

　　用戶(hù)終端的新業(yè)務(wù)可以通過(guò)空間軟件加載方式由運(yùn)營(yíng)商提供，但目前空間加載的技術(shù)仍需完善；由用戶(hù)自己創(chuàng)建自己需要的業(yè)務(wù)則更是一個(gè)理想，還有很長(zhǎng)的路要走。

5 小結(jié)

　　本文對(duì)近來(lái)國(guó)際上，主要是美國(guó)在面對(duì)移動(dòng)通信發(fā)展的挑戰(zhàn)，在軟件定義無(wú)線(xiàn)電(SDR)技術(shù)方面的動(dòng)向作了簡(jiǎn)單的介紹。從本文的介紹可以得到如下結(jié)論：

　　1． 在無(wú)線(xiàn)設(shè)備(基站和用戶(hù)終端)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)方面，最活躍的是軟件定義無(wú)線(xiàn)電。它為新一代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提出了革命性的前景。再經(jīng)過(guò)幾年的努力，無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品市場(chǎng)中最具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品必然是用軟件定義無(wú)線(xiàn)電的概念，具有多模式的基站和用戶(hù)終端。此發(fā)展方向已經(jīng)非常明確了，唯一未知的是出現(xiàn)在市場(chǎng)上的時(shí)間。

　　2． 軟件定義無(wú)線(xiàn)電的實(shí)現(xiàn)還必須克服大量技術(shù)上的困難和建立一套完整的體系結(jié)構(gòu)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，在微電子和基帶數(shù)字信號(hào)處理等方面的困難要容易克服一些，而體系結(jié)構(gòu)和射頻技術(shù)方面的困難要大得多。但在1~2年內(nèi)，我們將會(huì)看到這方面的突破。

　　3． 我國(guó)提出的TD-SCDMA 無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是唯一明確將智能天線(xiàn)和高速數(shù)字調(diào)制技術(shù)設(shè)計(jì)在標(biāo)準(zhǔn)中，明確用軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)來(lái)實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)?？梢哉f(shuō)，TD-SCDMA技術(shù)在一定程度上代表了國(guó)際上移動(dòng)通信無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的發(fā)展方向。另一方面，TD-SCDMA技術(shù)也是比較方便用軟件定義無(wú)線(xiàn)電來(lái)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。