無線通信領域FPGA的應用分析

1.1無線通信綜述

進入21世紀以來，無線通信技術正在以前所未有的速度向前發展。隨著用戶對各種實時多媒體業務需求的增加和互聯網技術的迅猛發展，可以預計，未來的無線通信技術將朝著數字化、綜合化、寬帶化、智能化和個人化的方向發展，這對社會的進步和經濟的發展都有著舉足輕重的作用。

隨著無線通信范圍的擴大，無線通信系統也有越來越多的類型，可以分為微波通信系統、無線電尋呼系統、蜂窩移動通信、無繩電話系統、集群無線通信系統、衛星通信系統、分組無線網等典型的通信系統。其中的移動通信技術在世界范圍內獲得了廣泛的應用，成為令人神往的高技術風景線，但就正式商業運營而言，至今也不過只有30年的歷史。從其發展歷程來看，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）以模擬式蜂窩網為主要特征。20世紀70年代末，隨著半導體技術的發展和微處理器的出現，使蜂窩系統實現的復雜度大大降低，從而進一步推動了蜂窩移動通信技術的發展。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）方式實現對用戶的動態尋址功能。

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主要采用時分多址（TDMA，如GSM中）和碼分多址（CDMA，如IS-95CDMA中）實現對用戶的動態尋址功能。此外還在對信道動態特征匹配上采用了抗干擾性能優良的數字式調制（GMSK、QPSK）、糾錯編碼（卷積碼、級聯碼）、信道交織編碼、自適應均衡和Rake接收等技術。同時，無線數據網絡得到了極大的發展，按照覆蓋范圍從大到小可以分為移動數據網、無線局域網（WLAN，以IEEE802.11系列標準為典型代表）和無線個域網（WPAN，以藍牙（Bluetooch）技術為典型代表）。

第三代（3G）以多媒體業務為主要特征，于本世紀初剛剛投入商業化運營，圖1-1給出了現有無線應用解決方案的數據速率和靈活性。3G無線網絡可以分為3G蜂窩網和由各種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）實現對用戶的動態尋址功能，以2G為基礎，以業務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展，特別是以IEEE802.16系列標準（WiMAX）為代表的無線城域網技術，成為有線接入和3G蜂窩網強有力的競爭對手，并于2007年10月成為ITU的3G標準之一。WiMAX技術可實現點到多點的通信，可提供高速的雙向語音、數據、視頻服務。同時無線廣域網的技術也在進一步發展中，期望填補現有技術(蜂窩網、WLAN、WPAN和WMAN)之間的空白，提供比現有寬帶接入技術更高的移動性，比蜂窩網更高的數據傳輸速率。

圖1-1不同無線應用解決方案的數據速率和靈活性示意圖

目前，世界各國均已展開對下一代移動通信系統（B3G/4G）的研究和開發，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）都已進行了野外測試，推出了一系列高速的實驗系統。我國面向B3G的FuTURE計劃于2001年啟動，并于2006年12月在上海進行了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先水平。B3G/4G主要采用OFDM、多跳、中繼和多天線等新技術，將向用戶提供100Mbps甚至1Mbps的數據速率。這些先進的技術大大提高了無線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，擴大了應用領域和服務范圍。可以預計，無線通信的未來更令人矚目和神往。