SDR--未來無線通信設(shè)備的基本概念

　　 高速數(shù)字鏈路：射頻和基帶平臺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通信標準，此鏈路上的數(shù)字信號傳輸速率將超過1~2Gbit/s這個總線結(jié)構(gòu)的設(shè)計直接關(guān)系到系統(tǒng)的成功；

　　 通用基帶數(shù)字信號處理平臺：此平臺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)字信號處理電路。此平臺應(yīng)當完成圖1中右面幾個單元，諸如接口、信息應(yīng)用及控制等功能。

　　 多種軟件包：在此平臺建立起來后，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：如對基站進行配置、設(shè)置、管理等的軟件；
　　- 物理層軟件包：對每一種標準和制式將有其物理層軟件；
　　- 高層軟件：分別對每一種標準和制式；
　　- 系統(tǒng)接口軟件：對多種接口要求。

　　這些軟件都將存放在基帶數(shù)字信號處理平臺中，或通過網(wǎng)絡(luò)加載進來。

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)

　　目前的無線通信標準中，每個載波的帶寬從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。這對SDR多模式設(shè)備來說是最具有挑戰(zhàn)性的工作。其主要問題是：

　　- 寬帶工作的問題。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，在支持多標準時還可能要求更換射頻模塊；

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

　　4.3 智能天線技術(shù)

　　對未來的無線通信設(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才可能提供更高的頻譜效率。對SDR基站設(shè)備，使用智能天線技術(shù)于所有所支持的模式也是一個挑戰(zhàn)。

　　4.4 基帶處理平臺

　　從技術(shù)核心到實現(xiàn)可編程和可配置等方面，任何無線通信標準的核心是其RTT中的物理層技術(shù)。隨著技術(shù)的進步，數(shù)字信號處理技術(shù)的復雜性越來越高，也就要求基帶處理平臺的能力越來越強。目前，能用軟件實現(xiàn)數(shù)字信號處理的器件主要是數(shù)字信號處理器(DSP)和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)兩大類。前者已達到數(shù)千MIPS的能力；而后者已超過百萬門。以上兩種器件各有其特點，分別適用于處理不同的問題和算法。一個重要的發(fā)展方向是將兩者的優(yōu)點結(jié)合起來，用并行處理的技術(shù)，在不無限提高主頻的前提下將處理能力提高到上萬MIPS，同時還具有快速編程和配置的能力：即所謂超級并行處理器(Re-configurable Processor, RCP)。

　　對用戶終端來說，其基帶處理平臺將主要由MCU和RCP構(gòu)成。在終端設(shè)備中，除要求強大的處理能力外，還要求低功耗，這也要依靠微電子近年的進展來保證。

　　4.5 準制式的接口

　　對無線基站，不同標準和體制有不同的網(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，并通過重新編程和配置來解決。

　　4.6 業(yè)務(wù)問題

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

5 小結(jié)

　　本文對近來國際上，主要是美國在面對移動通信發(fā)展的挑戰(zhàn)，在軟件定義無線電(SDR)技術(shù)方面的動向作了簡單的介紹。從本文的介紹可以得到如下結(jié)論：

　　1． 在無線設(shè)備(基站和用戶終端)的實現(xiàn)技術(shù)方面，最活躍的是軟件定義無線電。它為新一代產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)提出了革命性的前景。再經(jīng)過幾年的努力，無線通信產(chǎn)品市場中最具有競爭力的產(chǎn)品必然是用軟件定義無線電的概念，具有多模式的基站和用戶終端。此發(fā)展方向已經(jīng)非常明確了，唯一未知的是出現(xiàn)在市場上的時間。

　　2． 軟件定義無線電的實現(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)。相對來說，在微電子和基帶數(shù)字信號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)，我們將會看到這方面的突破。

　　3． 我國提出的TD-SCDMA 無線傳輸技術(shù)標準，是唯一明確將智能天線和高速數(shù)字調(diào)制技術(shù)設(shè)計在標準中，明確用軟件無線電技術(shù)來實施的標準。可以說，TD-SCDMA技術(shù)在一定程度上代表了國際上移動通信無線傳輸技術(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線電來實現(xiàn)的技術(shù)。