SDR--未來無線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通信標準，此鏈路上的數字信號傳輸速率將超過1~2Gbit/s這個總線結構的設計直接關系到系統的成功；

　　 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：在此平臺建立起來后，大量的技術和內容就是各種軟件，它們將包括：

　　- 控制軟件包：如對基站進行配置、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，或通過網絡加載進來。

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

　　目前的無線通信標準中，每個載波的帶寬從25kHz (TACS)到5MHz (WCDMA)；工作頻段從800MHz 到3GHz；在射頻接收和發射各方面都有不同的技術指標。這對SDR多模式設備來說是最具有挑戰性的工作。其主要問題是：

　　- 寬帶工作的問題。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，在支持多標準時還可能要求更換射頻模塊；

　　- 模擬電路的可編程和可配置問題。模擬電路是技術進展最緩慢的部分，故在目前設計SDR設備時，都盡可能降低對模擬電路進行編程的要求，而廣泛采用中頻(數字中頻)技術。

　　4.3 智能天線技術

　　對未來的無線通信設備，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才可能提供更高的頻譜效率。對SDR基站設備，使用智能天線技術于所有所支持的模式也是一個挑戰。

　　4.4 基帶處理平臺

　　從技術核心到實現可編程和可配置等方面，任何無線通信標準的核心是其RTT中的物理層技術。隨著技術的進步，數字信號處理技術的復雜性越來越高，也就要求基帶處理平臺的能力越來越強。目前，能用軟件實現數字信號處理的器件主要是數字信號處理器(DSP)和現場可編程門陣列(FPGA)兩大類。前者已達到數千MIPS的能力；而后者已超過百萬門。以上兩種器件各有其特點，分別適用于處理不同的問題和算法。一個重要的發展方向是將兩者的優點結合起來，用并行處理的技術，在不無限提高主頻的前提下將處理能力提高到上萬MIPS，同時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)。

　　對用戶終端來說，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展來保證。

　　4.5 準制式的接口

　　對無線基站，不同標準和體制有不同的網絡接口，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，并通過重新編程和配置來解決。

　　4.6 業務問題

　　用戶終端的新業務可以通過空間軟件加載方式由運營商提供，但目前空間加載的技術仍需完善；由用戶自己創建自己需要的業務則更是一個理想，還有很長的路要走。

5 小結

　　本文對近來國際上，主要是美國在面對移動通信發展的挑戰，在軟件定義無線電(SDR)技術方面的動向作了簡單的介紹。從本文的介紹可以得到如下結論：

　　1． 在無線設備(基站和用戶終端)的實現技術方面，最活躍的是軟件定義無線電。它為新一代產品的設計和開發提出了革命性的前景。再經過幾年的努力，無線通信產品市場中最具有競爭力的產品必然是用軟件定義無線電的概念，具有多模式的基站和用戶終端。此發展方向已經非常明確了，唯一未知的是出現在市場上的時間。

　　2． 軟件定義無線電的實現還必須克服大量技術上的困難和建立一套完整的體系結構。相對來說，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方面的困難要大得多。但在1~2年內，我們將會看到這方面的突破。

　　3． 我國提出的TD-SCDMA 無線傳輸技術標準，是唯一明確將智能天線和高速數字調制技術設計在標準中，明確用軟件無線電技術來實施的標準。可以說，TD-SCDMA技術在一定程度上代表了國際上移動通信無線傳輸技術的發展方向。另一方面，TD-SCDMA技術也是比較方便用軟件定義無線電來實現的技術。