通信技術(shù)--CHINA通信網(wǎng)　軟件無(wú)線(xiàn)電

昵稱(chēng)7721 2006-04-13

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軟件無(wú)線(xiàn)電 （2002-10-16）

佘其炯
　　軟件無(wú)線(xiàn)電的由來(lái)

　　軟件無(wú)線(xiàn)電最初是在軍事通信中提出的，軟件無(wú)線(xiàn)電作為軍用技術(shù)已有30年以上的歷史，但是由于不同部隊(duì)用于不同目的的無(wú)線(xiàn)電臺(tái)在工作頻段、調(diào)制方式上存在差異而無(wú)法互通。如果需要互通，就需要作進(jìn)一步的改進(jìn)，如美國(guó)部分推出的JTRS(戰(zhàn)術(shù)合作無(wú)線(xiàn)系統(tǒng))的意向合同，其目的就是能實(shí)現(xiàn)基于軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的可以互操作、互工作的系統(tǒng)。在民用通信方面，由于新標(biāo)準(zhǔn)的不斷涌現(xiàn)、新老通信體制共存，不同體制的系統(tǒng)的互聯(lián)變得復(fù)雜與困難，加上各種通信設(shè)備的大量出現(xiàn)、使無(wú)線(xiàn)電頻譜越來(lái)越擠，傳統(tǒng)的以硬件為基礎(chǔ)的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)已難以適應(yīng)發(fā)展的需求，軟件無(wú)線(xiàn)電正是最好的解決方案。

　　什么是軟件無(wú)線(xiàn)電？

　　軟件無(wú)線(xiàn)電的基本概念是利用不斷增加的芯片處理速度和不斷的大規(guī)模集成電路技術(shù)，把DSP芯片或通用CPU芯片作為無(wú)線(xiàn)通信的基本硬件平臺(tái)，將盡可能多的無(wú)線(xiàn)通信功能，如調(diào)制技術(shù)、跳頻、糾錯(cuò)及加密等用軟件實(shí)現(xiàn)。這些軟件通常是DSP、ASIC、FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程序的邏輯序列)里的軟件。上述無(wú)線(xiàn)功能可以用軟件升級(jí)來(lái)改變無(wú)線(xiàn)參數(shù)，可以按要求的條件用編程來(lái)設(shè)計(jì)。這樣就把無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)或產(chǎn)品的某些部分轉(zhuǎn)移到軟件上來(lái)，無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備的價(jià)格將與軟件有關(guān)。系統(tǒng)升級(jí)基于軟件，其代價(jià)小。采用軟件無(wú)線(xiàn)電，使不同的系統(tǒng)和設(shè)備容易兼容和互聯(lián)。軟件無(wú)線(xiàn)電將被看成是無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域中繼固定到移動(dòng)、模擬到數(shù)字之后的又一次飛躍，又一次革命。

　　軟件無(wú)線(xiàn)電的基本特點(diǎn)

　　軟件無(wú)線(xiàn)電在可編程的通用硬件平臺(tái)上，利用軟件來(lái)定義和實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)設(shè)備的各部分功能，包括前端接收，中頻處理和信號(hào)的基帶處理等。它盡可能在靠近天線(xiàn)的地方通過(guò)寬帶模/數(shù)或數(shù)/模轉(zhuǎn)換器完成信號(hào)的數(shù)字化，然后用軟件定義并實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)設(shè)備的功能。軟件模塊由各種算法庫(kù)組成，通過(guò)加載軟件算法或是升級(jí)軟件就可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能的擴(kuò)張和采用新的通信標(biāo)準(zhǔn)。所以，軟件無(wú)線(xiàn)電具有充分?jǐn)?shù)字化、靈活多編程、模塊化設(shè)計(jì)、多頻段轉(zhuǎn)換、多業(yè)務(wù)支持等特點(diǎn)。

　　這里需要特別指出的是，軟件無(wú)線(xiàn)電與軟件控制的無(wú)線(xiàn)設(shè)備不是一回事。兩者的重要區(qū)別是，軟件無(wú)線(xiàn)電的結(jié)構(gòu)和功能是完全可編程的，如可編程的射頻頻段，可編程的信道接入模式，可編程的信號(hào)調(diào)制解調(diào)制方式等。而軟件控制的無(wú)線(xiàn)設(shè)備則不是這樣。

　　軟件無(wú)線(xiàn)電的組成

　　軟件無(wú)線(xiàn)電一般由以下幾部分組成。

　　收發(fā)信天線(xiàn)及饋線(xiàn)。采用智能天線(xiàn)，其天線(xiàn)陣的方向圖可以由基帶數(shù)字信號(hào)器來(lái)控制。

　　射頻發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。由通用平臺(tái)和多個(gè)射頻發(fā)射機(jī)模塊組成。其工作頻率范圍應(yīng)足夠?qū)?，并用?shù)字頻率合成技術(shù)來(lái)設(shè)置，對(duì)每種標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)能多載波工作。

　　高速數(shù)字鏈路。多條高速數(shù)字鏈路連接射頻和基帶平臺(tái)。為支持2G(第二代)和3G(第三代)移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，該鏈路上的信號(hào)傳輸速率將超過(guò)1-2Gb/s。

　　通用基帶信號(hào)處理平臺(tái)。該平臺(tái)由多種可編程的數(shù)字電路板組成，完成接口，信息應(yīng)用及控制等功能。

　　各種軟件包。有控制軟件包(如對(duì)移動(dòng)通信的基站進(jìn)行配置、設(shè)置、管理等的軟件)，

　　物理層軟件包，高層軟件包(對(duì)應(yīng)于各種標(biāo)準(zhǔn)和制式)和系統(tǒng)接口軟件包(滿(mǎn)足對(duì)多種接口的要求)。這些軟件存放在基帶數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)中，或者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)加載獲得。

　　軟件無(wú)線(xiàn)電的應(yīng)用

　　1.用于設(shè)計(jì)多頻多模的移動(dòng)終端

　　利用不同的軟件適應(yīng)不同的標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)整軟件設(shè)置來(lái)改變信道接入方式或調(diào)制方式。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)可以設(shè)計(jì)出靈活的通信終端，使一部終端(手機(jī))能用于不同制式的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上，大大方便了用戶(hù)，降低了運(yùn)營(yíng)商的成本，有利于移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展。

　　由于2G，2.5G(第二代半)，3G移動(dòng)通信的不斷演時(shí)，要求手機(jī)能是多頻/多模(可兼容GSM，DCS1800，W-CDMA以及現(xiàn)有大多數(shù)的模擬系統(tǒng))的可編程手機(jī)，支持GSM/GPRS，IS-95A/B，PDC，IS-136，EDGE、ARIB W-CDMA ETSI UMTS，以及cdma2000 1x等，未來(lái)幾年還需要支持TDD接口，如UTRA TDD和TDS-CDMA。顯然，軟件無(wú)線(xiàn)電是實(shí)現(xiàn)上述要求的最佳解決方案。

　　采用軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)使手機(jī)可以自動(dòng)檢測(cè)接收信號(hào)，接入不同的網(wǎng)絡(luò)，而且能滿(mǎn)足不同接續(xù)時(shí)間的要求。

　　軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)用于終端(手機(jī))的最近的一個(gè)例子就是2002年6月由韓日二國(guó)共同舉辦的世界杯足球賽。韓國(guó)移動(dòng)電話(huà)的制式是cdma One和cdma2000,日本移動(dòng)電話(huà)的制式是PDC，cdma One和ARIB W-CDMA。由于兩國(guó)制式不一樣。將不能實(shí)現(xiàn)漫游。采用軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)使同樣一部手機(jī)，只要自動(dòng)改變軟件，就可以從GSM網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)移到cdma One或cdma2000網(wǎng)絡(luò)上工作，從而實(shí)現(xiàn)了同一部手機(jī)可在肉種網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下工作。它將為眾多的觀眾和球迷帶來(lái)方便，為廠(chǎng)家和運(yùn)營(yíng)商迎來(lái)更多的商機(jī)。

　　2.支持3G系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全球漫游

　　由于種種原因，國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)制訂的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)的空中接口并未達(dá)成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前，經(jīng)ITU批準(zhǔn)的主要3G制式有日本及歐洲提出的W-CDMA，美國(guó)提出的cdma2000，以及我國(guó)提出的TD-SCDMA。不同的標(biāo)準(zhǔn)給移動(dòng)通信漫游及未來(lái)個(gè)人通信帶來(lái)了限制，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)則能解決這一問(wèn)題。

　　在一個(gè)完全可以編程的的硬件平臺(tái)上，注入不同的軟件就形成不同標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)用戶(hù)終端(手機(jī))和基站，從而保證了各種移動(dòng)設(shè)備之間的無(wú)縫集成。已經(jīng)批準(zhǔn)的我國(guó)TD-SCDMA就采用了軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，在TD-SCDMA中，基站和終端設(shè)備采用高速DSP和高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)。其實(shí)現(xiàn)的功能有直接序列碼分多址(DS/CDMA)的調(diào)制和解調(diào)，速率為8kb/s的G.729語(yǔ)音編碼標(biāo)準(zhǔn)，同步檢測(cè)和控制，以及頻率發(fā)射功能，接收增益和時(shí)延的自動(dòng)控制，用戶(hù)基站方位和距離的確定等。

　　3.便于推出新業(yè)務(wù)

　　軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)便于運(yùn)營(yíng)商能降低成本地開(kāi)發(fā)一些具有潛力的新業(yè)務(wù)，如多媒體短信息，信息內(nèi)容下載和移動(dòng)因特網(wǎng)接入等。

　　4.可加強(qiáng)自適應(yīng)頻率管理

　　眾所周知、無(wú)線(xiàn)電頻譜資源十分寶貴，而目前許多頻段分配給了實(shí)際使用率較低的系統(tǒng)。軟件無(wú)線(xiàn)電通過(guò)自適應(yīng)頻譜管理(ASM)可以改變這種狀況。自適應(yīng)頻譜管理包括動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)頻率和空間的利用，能優(yōu)化空中接口使之與發(fā)射功率和調(diào)制方式相適應(yīng)。通過(guò)對(duì)不同的無(wú)線(xiàn)頻譜合理及協(xié)調(diào)地運(yùn)作，大大提高了無(wú)線(xiàn)頻譜的綜合利用效率。

　　軟件無(wú)線(xiàn)電發(fā)展中的問(wèn)題

　　1.軟件無(wú)線(xiàn)電的技術(shù)復(fù)雜性及需求不確定性

　　例如在3G的應(yīng)用中，需要解決如何充分有效地利用頻譜，但是它超出了現(xiàn)有處理器體系結(jié)構(gòu)的能力，因而研究開(kāi)發(fā)進(jìn)展較慢。如ARIB W-CDMA在其單個(gè)信道384Kb/S速率產(chǎn)時(shí)需要7900MOPS(每秒百萬(wàn)個(gè)操作)，目前DSP尚不能處理這樣的要求，預(yù)計(jì)需要五年才能達(dá)到。

　　ASIC可以達(dá)到上述MOPS的水平，但至少需要兩年的時(shí)間設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，而且一旦完成程后，卻非常不靈活。FPGA會(huì)好些，F(xiàn)PGA能為DSP算法提高10～50倍的處理能力。但是由于FPGA具有高靈活性和高功率的特點(diǎn)，它比DSP或ASIC需要更多的功率操作，加上其用于信號(hào)處理技術(shù)尚處于開(kāi)始階段，因而一些行家對(duì)于FPGA是否能與軟件無(wú)線(xiàn)電協(xié)調(diào)地工作尚缺乏信心。

　　2.手機(jī)的體積與重量問(wèn)題

　　目前軍隊(duì)所用的軟件無(wú)線(xiàn)電終端是公文包那樣的大小，由于重量較重，需用背包攜帶。而用于手機(jī)的目標(biāo)是把軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)溶入到現(xiàn)代的80克重量、細(xì)長(zhǎng)型的小蜂窩手機(jī)里，而且價(jià)格要合理。手機(jī)上功率消耗的問(wèn)題比基站更麻煩。3G手機(jī)在沒(méi)有引入軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)時(shí)，其功率消耗已經(jīng)面臨了挑戰(zhàn)。

　　迄今為止的鎳鎘電池尚不能達(dá)到容量需求，和處理器的性能以及算法先進(jìn)性的發(fā)展相比，電池容量的進(jìn)步顯然太慢了。這樣，為了解決這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)得只能盡量減少手機(jī)內(nèi)部部件電能的消耗，并盡可能地把不少功能從基帶處理器、發(fā)射機(jī)和接收器中移走。

　　3.標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題

　　迄今為止，大多數(shù)行業(yè)管理部門(mén)尚沒(méi)有制訂出軟件無(wú)線(xiàn)電用于無(wú)線(xiàn)技術(shù)的有關(guān)規(guī)定，使得各運(yùn)營(yíng)商由于標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一在運(yùn)營(yíng)中不方便。
　　由于軟件無(wú)線(xiàn)電允許運(yùn)營(yíng)商根據(jù)需要改變參數(shù)或自動(dòng)地進(jìn)行一些操作，從而破壞了通常的一些操作程序。在老的行業(yè)法規(guī)中，廠(chǎng)商或運(yùn)營(yíng)商在改變?cè)O(shè)備參數(shù)時(shí)，必需要向行業(yè)主管部門(mén)提出申請(qǐng)。而美國(guó)FCC(聯(lián)邦通信委員會(huì))于2001年9月的補(bǔ)充規(guī)定則有利于軟件無(wú)線(xiàn)電的發(fā)展。FCC對(duì)有關(guān)設(shè)備批準(zhǔn)補(bǔ)充的內(nèi)容是：“允許設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)對(duì)該類(lèi)無(wú)線(xiàn)設(shè)備改變其頻率、功率和調(diào)制參數(shù)、無(wú)需再提出新的申請(qǐng)批準(zhǔn)”。該新規(guī)定還允許電子標(biāo)簽、即第三方可以修改無(wú)線(xiàn)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，而無(wú)需返回原生產(chǎn)廠(chǎng)家重新標(biāo)簽。

　　作為行業(yè)協(xié)會(huì)的SDR(軟件無(wú)線(xiàn)電)論壇將為軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)制訂標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以便使設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)者要以采用軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)用為其核心平臺(tái)的技術(shù)，但是由于軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的復(fù)雜性，因而該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范很難在2005年前完成。

　　在標(biāo)準(zhǔn)前進(jìn)的道路上，SDR論壇尚有很長(zhǎng)的路要走。2002年將是論壇五個(gè)工作組繁忙的年份，它將開(kāi)發(fā)SDR的企業(yè)案例，制訂像無(wú)線(xiàn)API(應(yīng)用程序接口)那樣的技術(shù)規(guī)范(包括支持面向目標(biāo)的JAVA和CORBA等協(xié)議)，并且還要特別關(guān)注安全體系結(jié)構(gòu)和下載的進(jìn)程和程序。

　　4.軟件無(wú)線(xiàn)電的安全問(wèn)題

　　軟件無(wú)線(xiàn)電應(yīng)用中的動(dòng)態(tài)下載及在基站或終端變更軟件往往都會(huì)帶來(lái)安全問(wèn)題，黑客也可能截取信息。為此，SDR論壇打算向FCC提出相關(guān)保護(hù)措施的報(bào)告。隨著軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的廣泛采用、更多的無(wú)線(xiàn)傳輸將會(huì)遇到信息被截取的問(wèn)題。三位DES加密算法將會(huì)轉(zhuǎn)向AES加密，以提高安全性。此外，與軟件無(wú)線(xiàn)電有關(guān)的無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的制訂也將增加安全的有關(guān)規(guī)定。

　　軟件無(wú)線(xiàn)電的市場(chǎng)與前景

　　最早進(jìn)行軟件無(wú)線(xiàn)電商用化的是AirNet和ArrayComm公司。目前已有一些廠(chǎng)商利用軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)減少為建立不同的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)所需的平臺(tái)，以及當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)時(shí)容易升級(jí)，如Xilinx,Spectrumcell,Tropian等公司正在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)相關(guān)的軟件無(wú)線(xiàn)電產(chǎn)品。澳大利亞先進(jìn)通信技術(shù)(ACT)公司最近演示了其在Spectrucell SDR基站上的雙向話(huà)音通話(huà)，該產(chǎn)品可以通過(guò)軟件配置支持GSM，CDMA，UMTS和W-CDMA。ACT公司打算于今年晚些時(shí)候在美國(guó)進(jìn)行該產(chǎn)品及技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

日本NTT公司有SDR基站的樣機(jī)，可同時(shí)支持PHS和無(wú)線(xiàn)LAN接口，并打算使該基站還可支持其它移動(dòng)通信制式。

　　綜上所述，目前全球軟件無(wú)線(xiàn)電的參與者正致力于確定軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中的定位，尤其是在移動(dòng)通信方面。軟件無(wú)線(xiàn)電的許多潛在優(yōu)勢(shì)及效益正將在不同的產(chǎn)品上體現(xiàn)。

　　由于今后更多的功能將在軟件上開(kāi)發(fā)、新業(yè)務(wù)的推出和升級(jí)要在軟件上實(shí)現(xiàn)，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用將會(huì)為廠(chǎng)商和運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)新的機(jī)遇，作為無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域中，又一次飛躍和革命的新技術(shù)，軟件無(wú)線(xiàn)電前景美好。

摘自《通信市場(chǎng)》

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