軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在3G和4G中的應用

當前，蜂窩移動(dòng)通信系統已經(jīng)發(fā)展到第三代，3G系統進(jìn)入商業(yè)運行一方面需要解決不同標準的系統間的兼容性；另一方面為了適應技術(shù)的飛速發(fā)展，3G無(wú)線(xiàn)通信系統要求具有高度的靈活性和擴展升級能力，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)無(wú)疑是最好的解決方案。作為3G移動(dòng)通信標準中的兩個(gè)主要標準，W-CDMA和CDMA2000都采用碼分多址接入方式，并具有信道帶寬寬、數據速率多樣且支持高速率、不同業(yè)務(wù)采用信道編碼不同等共性，同時(shí)，這兩種標準之間在碼片速率、信道帶寬和信道選擇碼等方面也存在差異。為了解決這些方面的問(wèn)題及提高系統容量，在3G中采用了智能天線(xiàn)技術(shù)(Smart Antenna)、多用戶(hù)檢測技術(shù)(MUD)等，使得軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在3G系統中有著(zhù)廣泛的應用空間。

首先，智能天線(xiàn)技術(shù)在我國的TD-SCDMA的方案中，利用數字信號處理技術(shù)識別用戶(hù)信號到達方向，形成天線(xiàn)主波束；引入空分多址(SDMA)方式，根據用戶(hù)信號不同的空間傳播方向，提供不同的空間信道；采用數字方法對陣元接收信號進(jìn)行加權處理，形成多個(gè)波束賦形，每一個(gè)波瓣對應于一個(gè)特別的手機用戶(hù)，波束也可以動(dòng)態(tài)追蹤用戶(hù)，使主波束對準用戶(hù)

其次，在歐共體的ACTSFIRST項目中，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)也用到了設計多頻/ 多?？删幊淌謾C中。它可自動(dòng)檢測接收信號，接入不同的網(wǎng)絡(luò )，而且能滿(mǎn)足不同的接續時(shí)間要求。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)可用不同軟件實(shí)現不同無(wú)線(xiàn)電設備的各種功能，可任意改變信道接入方式或調制方式，利用不同軟件即可適應不同標準，構成多模手機和多功能基站，具有高度的靈活性。

除此之外，軟件無(wú)線(xiàn)電出現了一些新的發(fā)展趨勢：主要表現在體系結構分層化、軟件模塊化、結構數學(xué)分析化、面向對象化、計算機化、網(wǎng)絡(luò )化和安全化。

提供通向4G的橋梁

隨著(zhù)3G技術(shù)不斷成熟并最終進(jìn)入市場(chǎng)進(jìn)行運營(yíng)，國際電信聯(lián)盟(ITU)已經(jīng)開(kāi)始研究制訂第四代移動(dòng)通信標準，并已達成共識：把移動(dòng)通信系統同其他系統(例如無(wú)限局域網(wǎng)、WLAN等)結合起來(lái)，產(chǎn)生4G技術(shù)，2010年之前使數據傳輸速率達到100Mbit/s，以提供更有效的多種業(yè)務(wù)，最終實(shí)現商業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、局域網(wǎng)、藍牙、廣播、電視衛星通信的無(wú)縫銜接并相互兼容。

4G的關(guān)鍵技術(shù)主要有：OFDM(正交頻分復用)、軟件無(wú)線(xiàn)電、智能天線(xiàn)和IPv6技術(shù)。

在4G眾多關(guān)鍵技術(shù)之中，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)是通向未來(lái)4G的橋梁。由于各種技術(shù)的交迭有利于減少開(kāi)發(fā)的風(fēng)險，所以未來(lái)的4G技術(shù)需要適應不同種類(lèi)的產(chǎn)品的要求。而軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)則是適應產(chǎn)品多樣性的基礎。它不僅能減少開(kāi)發(fā)風(fēng)險，還更易于開(kāi)發(fā)系列型產(chǎn)品。此外，它還減少了硅芯片的容量，從而削減了運算器件的價(jià)格，其開(kāi)放的結構也會(huì )允許多方運營(yíng)的介入；同時(shí)，由于DSP的使用，也彌補了廉價(jià)RF(RadioFrequency)所造成的不足。在實(shí)際應用中，RF部分是昂貴而缺乏靈活性的，寬帶的RF是非線(xiàn)性的，而通過(guò)使用SDR技術(shù)可彌補其在靈活性上的不足。

在網(wǎng)絡(luò )支持方面，由于4G通信系統選擇了采用基于IP的全分組的方式傳送數據流，因此IPv6技術(shù)將成為下一代網(wǎng)絡(luò )的核心協(xié)議。而大量鏈路類(lèi)型的不同鏈接可通過(guò)SDR進(jìn)行互聯(lián)。同時(shí)，動(dòng)態(tài)頻譜的分配也有利于在已占用帶寬上實(shí)現新的服務(wù)。

智能天線(xiàn)技術(shù)也是4G中的關(guān)鍵技術(shù)，它與SDR技術(shù)同樣緊密相連。它是在軟件無(wú)線(xiàn)電基礎上提出的天線(xiàn)設計新概念，是數字多波束形成(DBF)技術(shù)與軟件無(wú)線(xiàn)電完美結合的產(chǎn)物。一方面，軟件無(wú)線(xiàn)電為智能天線(xiàn)的實(shí)現提供了一條有效可行的技術(shù)途徑，另一方面智能天線(xiàn)也為軟件無(wú)線(xiàn)電的發(fā)展起到了推動(dòng)作用。它們兩者相互滲透、相互促進(jìn)?；谲浖o(wú)線(xiàn)電的智能天線(xiàn)主要包括：?jiǎn)涡诺乐悄芴炀€(xiàn)，即通過(guò)天線(xiàn)陣感應的射頻信號，首先經(jīng)過(guò)前端模擬預處理變換為適合于A(yíng)/D采樣的寬帶中頻信號，該寬帶中頻信號經(jīng)A/D數字化后送到數字下變頻器(DDC)，對寬帶數字中頻內某一感興趣的信號進(jìn)行數字正交下變頻和采樣率變換，變換為與信號帶寬相適應的低采樣率的基帶正交(I/Q)數字信號，這N路I/Q基帶數據被同時(shí)送到M個(gè)數字波束形成器(DBF)，分別進(jìn)行不同指向的波束形成運算，最終獲得所需的M個(gè)波束。信息解調模塊(DEMOD)要么對所形成的這M個(gè)波束同時(shí)進(jìn)行解調，要么選取其中信噪比最大的波束進(jìn)行解調，前者可以實(shí)現同頻空分復用，后者則可以實(shí)現定向接收，改善輸出信噪比。其次為多信道智能天線(xiàn)，它與單信道智能天線(xiàn)相比只是在A(yíng)/D后設置多個(gè)單信道多波束形成器SCMBF。此外還包括多相濾波信道化智能天線(xiàn)，它的最大特點(diǎn)是能夠實(shí)現頻域空域上的全波束形成。