SDR--未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信設備的基本概念

根據國際上的最新進(jìn)展，本文對軟件定義無(wú)線(xiàn)電(SDR)進(jìn)行討論和介紹。SDR是一個(gè)新的概念和體系，它是一個(gè)可重編程和可重構的，能支持多種無(wú)線(xiàn)通信體制和標準的無(wú)線(xiàn)通信設備。本文介紹了美國對SDR設備的要求，此技術(shù)為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、制造商、運營(yíng)商及最終用戶(hù)帶來(lái)了好處，以及SDR所面臨的挑戰。顯然，在幾年內，SDR技術(shù)將廣泛使用于新一代無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品的設計中，基于SDR的無(wú)線(xiàn)通信設備將成為市場(chǎng)中的主要部分。

Abstract:Based on the latest international development, this paper presents an in-depth discussion of the Software Defined Radio (SDR) technology. As a new concept or system, SDR is re-programmable and re-configurable, and capable of supporting radio communications equipment of multiple radio communications systems and standards. This paper shows what the US requires in the SDR equipment, the benefits brought along by this technology to product developers, manufacturers, operators and the ultimate users, as well as the challenges facing SDR. It is evident that in the next few years SDR will be widely applied in the designing of the new-generation radio communications products, and the SDR-based equipment will grow up to become a key element of the radio communications market.

關(guān)鍵詞：軟件定義無(wú)線(xiàn)電（SDR）；優(yōu)勢；挑戰；

Key Words: Software Defined Radio (SDR); Advantage; Challenge

中圖分類(lèi)號(CLC number)：TN929.5

文獻標識碼(Document code)：A

文章編號(Article ID)：1009-9336(2001)04-0066-10

1 引言

　　在筆者前一篇文章中[1]，對移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了討論和介紹。本文將著(zhù)重介紹其中最具有革命性的軟件定義無(wú)線(xiàn)電技術(shù)。

　　眾所周知，在過(guò)去的20年內，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)取得了空前的高速發(fā)展。而21世紀的來(lái)臨，又以第三代移動(dòng)通信為代表，為無(wú)線(xiàn)通信的進(jìn)一步大發(fā)展開(kāi)辟了一個(gè)新天地。綜觀(guān)這20余年無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，可以看到如下特點(diǎn)：

　　 多址方式從頻分多址(FDMA)到時(shí)分多址(TDMA)，再進(jìn)步到碼分多址(CDMA)；
　　 每一代的技術(shù)均集中到相應的國際標準中，而標準的核心是無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)(RTT)；
　　 產(chǎn)品均按某一種特定的標準來(lái)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，并提供特定的服務(wù)；
　　 產(chǎn)品的生產(chǎn)都依靠專(zhuān)用芯片，技術(shù)均固化在專(zhuān)用芯片內。

　　通過(guò)近20年的發(fā)展，移動(dòng)通信已成為通信領(lǐng)域最活躍，市場(chǎng)份額最高的部分產(chǎn)業(yè)，也成為國際上市場(chǎng)競爭最激烈的部分。

　　但是，此傳統的思路和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)方式，已表現出不少問(wèn)題，譬如：

　　 產(chǎn)品是針對特定的標準中一個(gè)版本來(lái)開(kāi)發(fā)和制造的。當新技術(shù)出現或版本升級或提供新業(yè)務(wù)時(shí)，只能開(kāi)發(fā)新的專(zhuān)用芯片，制造新一代的設備。其結果不是限制了新技術(shù)和新業(yè)務(wù)的使用，就是給制造商、運營(yíng)商帶來(lái)更大的投資風(fēng)險，給用戶(hù)帶來(lái)諸多不便；

　　 用此傳統思路，必然要求全球統一標準，但又難以實(shí)現。由于各國的經(jīng)濟利益，全球統一標準幾乎是不可能的，反之，標準的種類(lèi)還在不斷增加。這樣，造成頻率的分配、管理更為困難，需要的頻率資源增加，多頻多模手持機制造困難，成本增加，而什么時(shí)候能實(shí)行真正意義的全球漫游，誰(shuí)也說(shuō)不清楚；

　　 現代技術(shù)進(jìn)步越來(lái)越快，在第三代移動(dòng)通信還沒(méi)有正式商用前，ITU已經(jīng)在考慮由于技術(shù)進(jìn)步所不得不進(jìn)行的標準更新問(wèn)題。由于前述原因，僅僅是標準升級和更新的程序就很難通過(guò)。這也在一定程度上影響了第三代移動(dòng)通信設備的開(kāi)發(fā)與制造，特別表現在由于技術(shù)進(jìn)步，導致用戶(hù)終端的開(kāi)發(fā)(主要是專(zhuān)用芯片的開(kāi)發(fā))進(jìn)度緩慢，第三代移動(dòng)通信投入商用的時(shí)間推遲。

　　面對此問(wèn)題，國際上，主要是美國，已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究。典型的是麻省理工學(xué)院(MIT)的一個(gè)研究小組在征詢(xún)了大量無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)界專(zhuān)家后所得到的結論：77%的專(zhuān)家認為，軟件定義無(wú)線(xiàn)電(Software Defined Radio, 簡(jiǎn)稱(chēng)SDR)必將是一個(gè)解決全球無(wú)線(xiàn)通信需求的方案。1999年，美國FCC就開(kāi)始組織有關(guān)專(zhuān)家對SDR進(jìn)行研究；2000年3月，發(fā)表了一份文件[2]，對SDR的定義、要求和相關(guān)問(wèn)題統一了認識，并倡導各公司和研究機構開(kāi)發(fā)此技術(shù)。在SDR論壇，發(fā)表了大量討論和見(jiàn)解[3]、[4]。2000年10月，美國代表團將它作為第三代后移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展方向，提交ITU-R WP8F會(huì )議并獲得通過(guò)[1]。

　　本文的主要目的就是根據國際上的討論和公開(kāi)發(fā)表的信息，向讀者介紹下一時(shí)期國際上移動(dòng)通信技術(shù)的這個(gè)發(fā)展方向，為通信主管部門(mén)、研究開(kāi)發(fā)部門(mén)、運營(yíng)商和制造商的決策提供參考。

2 SDR的定義和要求

　　在過(guò)去幾年，我們經(jīng)常談到軟件無(wú)線(xiàn)電(Software Radio, 簡(jiǎn)稱(chēng)SR)，其概念是對接收到的信號或準備發(fā)射的信號在盡可能接近天線(xiàn)的地方實(shí)現數模(D/A)或模數(A/D)轉換，用軟件通過(guò)DSP、FPGA等可編程器件來(lái)實(shí)現硬件的功能。在通常意義上，軟件無(wú)線(xiàn)電是實(shí)現某種特定的無(wú)線(xiàn)通信設備的一種手段。

　　而SDR的概念則要深刻得多，它是一個(gè)系統和體系的概念。SDR的無(wú)線(xiàn)通信設備考慮的是一個(gè)系統，它必須具有可重新編程和可重構的能力，使此設備可以使用于多種模式(標準)、多個(gè)頻帶和多種功能。它不僅僅使用如軟件無(wú)線(xiàn)電中的可編程器件來(lái)實(shí)現基帶數字信號處理，還將對射頻及中頻的模擬電路進(jìn)行編程和重構。SDR將是無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域內一個(gè)革命性的概念。

　　目前人們對使用SDR的無(wú)線(xiàn)通信系統或設備，提出了如下的功能要求：

　　1． 重新編程及重新設定的能力；

　　 SDR設備可以被快速、簡(jiǎn)便地重新編程及重新設定，以支持任意傳輸形式的應用和在任何頻率上的傳輸或接收；

　　 重新編程及重新設定能力可實(shí)現用同一設備支持不同蜂窩技術(shù)、個(gè)人通信系統和其他無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)在世界范圍內使用。

　　2． 提供并改變業(yè)務(wù)的能力

　　 采用SDR設備，用戶(hù)不但可以支持傳統業(yè)務(wù)并且可以支持新業(yè)務(wù)；

　　 空中下載軟件的概念可以保證用戶(hù)可獲得最新的業(yè)務(wù)服務(wù)。

　　3． 支持多標準的能力

　　 SDR能更好地體現互操作性這一概念，以支持多頻段及多標準工作的無(wú)線(xiàn)通信系統；

　　 在公共安全和緊急事件處理部門(mén)，采用SDR技術(shù)支持多頻段通信；

　　 SDR能使無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商在基本不更換基站硬件的條件下，實(shí)現系統的版本更新、標準更新及升級換代。通過(guò)軟件來(lái)定義出一個(gè)新的無(wú)線(xiàn)通信系統。

　　4． 智能化頻譜利用

　　 SDR可提高頻譜利用率和頻率共享，可以靈活地接入到新頻段；
　　 SDR設備具有智能功能，它可以監測其他設備使用的頻譜，并在空閑頻段上進(jìn)行傳輸；
　　 SDR可以大大降低頻率分配的困難和頻率分配的風(fēng)險。

　　總地說(shuō)來(lái)，SDR是一個(gè)全新的，實(shí)現未來(lái)移動(dòng)通信設備的概念和體系結構。它本身并不是一種孤立的技術(shù)，而是為所有新技術(shù)使用的公共平臺。