無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域FPGA的應用分析

1.1無(wú)線(xiàn)通信綜述

進(jìn)入21世紀以來(lái)，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)正在以前所未有的速度向前發(fā)展。隨著(zhù)用戶(hù)對各種實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)需求的增加和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，可以預計，未來(lái)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)將朝著(zhù)數字化、綜合化、寬帶化、智能化和個(gè)人化的方向發(fā)展，這對社會(huì )的進(jìn)步和經(jīng)濟的發(fā)展都有著(zhù)舉足輕重的作用。

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信范圍的擴大，無(wú)線(xiàn)通信系統也有越來(lái)越多的類(lèi)型，可以分為微波通信系統、無(wú)線(xiàn)電尋呼系統、蜂窩移動(dòng)通信、無(wú)繩電話(huà)系統、集群無(wú)線(xiàn)通信系統、衛星通信系統、分組無(wú)線(xiàn)網(wǎng)等典型的通信系統。其中的移動(dòng)通信技術(shù)在世界范圍內獲得了廣泛的應用，成為令人神往的高技術(shù)風(fēng)景線(xiàn)，但就正式商業(yè)運營(yíng)而言，至今也不過(guò)只有30年的歷史。從其發(fā)展歷程來(lái)看，大約每十年更新一代，目前處于第二代（2G）和第三代（3G）的交接期。

第一代（1G）以模擬式蜂窩網(wǎng)為主要特征。20世紀70年代末，隨著(zhù)半導體技術(shù)的發(fā)展和微處理器的出現，使蜂窩系統實(shí)現的復雜度大大降低，從而進(jìn)一步推動(dòng)了蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展。這期間，美國推出了AMPS（Advanced Mobile Phone System）系統，歐洲推出了TACS（Total Access Communication System）系統。1G主要采用頻分多址（FDMA）方式實(shí)現對用戶(hù)的動(dòng)態(tài)尋址功能。

第二代（2G）以數字式蜂窩為主要特征，于20世紀90年代初走向商用。其中，各國相應推出了今天廣為人知的GSM和IS-95CDMA等系統。2G主要采用時(shí)分多址（TDMA，如GSM中）和碼分多址（CDMA，如IS-95CDMA中）實(shí)現對用戶(hù)的動(dòng)態(tài)尋址功能。此外還在對信道動(dòng)態(tài)特征匹配上采用了抗干擾性能優(yōu)良的數字式調制（GMSK、QPSK）、糾錯編碼（卷積碼、級聯(lián)碼）、信道交織編碼、自適應均衡和Rake接收等技術(shù)。同時(shí)，無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )得到了極大的發(fā)展，按照覆蓋范圍從大到小可以分為移動(dòng)數據網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WLAN，以IEEE802.11系列標準為典型代表）和無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)（WPAN，以藍牙（Bluetooch）技術(shù)為典型代表）。

第三代（3G）以多媒體業(yè)務(wù)為主要特征，于本世紀初剛剛投入商業(yè)化運營(yíng)，圖1-1給出了現有無(wú)線(xiàn)應用解決方案的數據速率和靈活性。3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可以分為3G蜂窩網(wǎng)和由各種WLAN、WAPN系統組成的寬帶接入系統。其中最具代表性的蜂窩網(wǎng)有北美的CDMA2000，歐洲與日本的WCDMA以及我國的TD-SCDMA系統，都以碼分多址（CDMA）實(shí)現對用戶(hù)的動(dòng)態(tài)尋址功能，以2G為基礎，以業(yè)務(wù)多媒體化為主要目標。各種與蜂窩系統相補充的寬帶接入系統也得到了迅速發(fā)展，特別是以IEEE802.16系列標準（WiMAX）為代表的無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)技術(shù)，成為有線(xiàn)接入和3G蜂窩網(wǎng)強有力的競爭對手，并于2007年10月成為ITU的3G標準之一。WiMAX技術(shù)可實(shí)現點(diǎn)到多點(diǎn)的通信，可提供高速的雙向語(yǔ)音、數據、視頻服務(wù)。同時(shí)無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)的技術(shù)也在進(jìn)一步發(fā)展中，期望填補現有技術(shù)(蜂窩網(wǎng)、WLAN、WPAN和WMAN)之間的空白，提供比現有寬帶接入技術(shù)更高的移動(dòng)性，比蜂窩網(wǎng)更高的數據傳輸速率。

圖1-1不同無(wú)線(xiàn)應用解決方案的數據速率和靈活性示意圖

目前，世界各國均已展開(kāi)對下一代移動(dòng)通信系統（B3G/4G）的研究和開(kāi)發(fā)，以期達到理想的通信目標，并取得了一定的階段性成果。日本NTT DOCOMO公司、韓國電子通信研究所（ETRI）都已進(jìn)行了野外測試，推出了一系列高速的實(shí)驗系統。我國面向B3G的FuTURE計劃于2001年啟動(dòng)，并于2006年12月在上海進(jìn)行了TDD-OFDM系統測試和驗收，驗收結果表明該系統已達到了國際領(lǐng)先水平。B3G/4G主要采用OFDM、多跳、中繼和多天線(xiàn)等新技術(shù)，將向用戶(hù)提供100Mbps甚至1Mbps的數據速率。這些先進(jìn)的技術(shù)大大提高了無(wú)線(xiàn)通信系統的數據傳輸速率和通信的可靠性，增強了系統功能，擴大了應用領(lǐng)域和服務(wù)范圍?？梢灶A計，無(wú)線(xiàn)通信的未來(lái)更令人矚目和神往。