SDR--未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信設備的基本概念

　　 高速數字鏈路：射頻和基帶平臺之間的鏈路是多條高速數字鏈路。為支持第二代和第三代移動(dòng)通信標準，此鏈路上的數字信號傳輸速率將超過(guò)1~2Gbit/s這個(gè)總線(xiàn)結構的設計直接關(guān)系到系統的成功；

　　 通用基帶數字信號處理平臺：此平臺由多種相同或不同的數字電路板所組成，其數量根據系統容量決定，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、可設置的基帶數字信號處理電路。此平臺應當完成圖1中右面幾個(gè)單元，諸如接口、信息應用及控制等功能。

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

　　- 控制軟件包：如對基站進(jìn)行配置、設置、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；
　　- 系統接口軟件：對多種接口要求。

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

圖1 SDR結構的基本單元
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)通信標準中，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。這對SDR多模式設備來(lái)說(shuō)是最具有挑戰性的工作。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設備中，在支持多標準時(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，故在目前設計SDR設備時(shí)，都盡可能降低對模擬電路進(jìn)行編程的要求，而廣泛采用中頻(數字中頻)技術(shù)。

　　4.3 智能天線(xiàn)技術(shù)

　　對未來(lái)的無(wú)線(xiàn)通信設備，特別是基站設備，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SDR基站設備，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。

　　4.4 基帶處理平臺

　　從技術(shù)核心到實(shí)現可編程和可配置等方面，任何無(wú)線(xiàn)通信標準的核心是其RTT中的物理層技術(shù)。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，數字信號處理技術(shù)的復雜性越來(lái)越高，也就要求基帶處理平臺的能力越來(lái)越強。目前，能用軟件實(shí)現數字信號處理的器件主要是數字信號處理器(DSP)和現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)兩大類(lèi)。前者已達到數千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：即所謂超級并行處理器(Re-configurable Processor, RCP)。

　　對用戶(hù)終端來(lái)說(shuō)，其基帶處理平臺將主要由MCU和RCP構成。在終端設備中，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(jìn)展來(lái)保證。

　　4.5 準制式的接口

　　對無(wú)線(xiàn)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(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(cháng)的路要走。

5 小結

　　本文對近來(lái)國際上，主要是美國在面對移動(dòng)通信發(fā)展的挑戰，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論：

　　1． 在無(wú)線(xiàn)設備(基站和用戶(hù)終端)的實(shí)現技術(shù)方面，最活躍的是軟件定義無(wú)線(xiàn)電。它為新一代產(chǎn)品的設計和開(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)中最具有競爭力的產(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，唯一未知的是出現在市場(chǎng)上的時(shí)間。

　　2． 軟件定義無(wú)線(xiàn)電的實(shí)現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構。相對來(lái)說(shuō)，在微電子和基帶數字信號處理等方面的困難要容易克服一些，而體系結構和射頻技術(shù)方面的困難要大得多。但在1~2年內，我們將會(huì )看到這方面的突破。

　　3． 我國提出的TD-SCDMA 無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)標準，是唯一明確將智能天線(xiàn)和高速數字調制技術(shù)設計在標準中，明確用軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)來(lái)實(shí)施的標準?？梢哉f(shuō)，TD-SCDMA技術(shù)在一定程度上代表了國際上移動(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)現的技術(shù)。