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软件无线电发展现状

<<移动通信>.>>2002年第

4期

软件无线电发展现状

罗序梅信息产业部电子七所

1前言

—

软件无线电是实现无线通信新体系结构的一种技术，在经过近几年的发展之后，其重要性和可

行性正逐步被越来越多的人所认识和接受。

软件无线电技术的重要价值体现在：

硬件只是作为

无线通信的基本平台，而许多的通信功能则是通过软件来实现的，这就打破了长期以来设备的

通信功能实现仅仅依赖于硬件的发展格局。

所以有人称，软件无线电技术的出现是通信领域继

固定到移动，模拟到数字之后的第三次革命。

本文主要介绍全球软件无线电技术研究动态、对

实现软件无线电台至关重要的器件技术的发展以及软件无线电台商用前景。

2全球软件无线电技术研究动态

软件无线电技术具有结构的开放性、软件的可编程性、硬件的可重构性以及功能和频段的

…

多样性等特点，无论在军事还是在商用通信中都有着巨大的应用潜力。

也正是因为这些独特的

优势，引发了全球对软件无线电技术的关注和研发热潮。

除美国在

90年代初开始实施易通话计

划并成功地研制出多功能多频段电台外，欧洲、日本、中国等全球其它地区也纷纷开展了各自

的软件无线电技术项目。

欧洲委员会已将软件无线电技术列为重要的研发项目，大量与软件无线电技术相关的研究

项目正在其

ACTS计划中进行。

受潜在的商业利益所驱动，其研究重点集中在第三代标准上，

这包括

FIRST（灵活的综合无线电系统和技术）、FRAMES（未来无线电宽频段多址系统）和

SORT等项目。

前两个项目利用软件无线电台样机研究开发下一代无线接口。

其中

FIRST项目

主要是评估实现软件重构空中接口的问题。

目前最公开的工作集中在

RF结构最佳划分方法及

数字处理的实现上。

SORT主要是开展有关第三代系统（

UMTS）在地面和卫星接入方面的硬件

重构问题的研究，演示灵活而有效的软件可编程电台，实施该项目的目标是：

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4期

.为自适应无线接入制定要求，包括定义功能结构和数字信号处理要求。

.研究并设计更加灵活而有效的处理结构。

.在可重构硬件上实施两种无线接口的关键功能。

.将整个项目与

UMTS/FPLMTS标准化工作结合起来。

在日本，1998年底，该国电气、信息和通信工程师协会（

IEICE）成立了软件无线电技术研

究小组（

SR-TG），以推动软件无线电技术的研发工作。

由于日本多数从事软件无线电技术工作

的研究人员都是以无线通信、电气或电子工程为背景，因此其研究重点集中在硬件结构。

目前

研究范围涉及结构、器件、算法、描述语言和应用程序接口。

为了证实软件无线电技术的可行性，多家机构已开发出基于软件无线电技术的样机，并以

此作为日本软件无线电技术应用研究的第一步。

日本无线电工商协会（

ARIB）的一研究小组不

仅开发出适用于各类系统的通用终端，而且开发出能应付日益复杂的无线电波环境的无线监控

设备。

作为应用实例之一，目前已生产出样机并进行了评估。

该样机所提供的功能包括：

）

.多模式、多速率调制

.到达方向的预测

.扰波的抑制

.无线电波特性测量

.软件下载

NTT已开发出适用于各类蜂窝系统的基于软件的无线电基站样机和个人电台。

NEC已开发

出能满足未来需求的软件接收机，并对此进行了评估。

日立

KokusaiElectric已开发出与数字和

模拟调制通用波形兼容的样机。

ToyoCommunicationEquipment和

、

ToyoElectricPowerCo.开发

出应用于无线基站的基于软件无线电台样机。

东芝公司对手持软件无线电台的宽频而灵活的接

收机进行了研究。

索尼计算机科学实验室提出了一种称为软件可编程和硬件可重构结构的软件

无线电平台，符合多频段多模式无线标准，适用于无线

LAN和蜂窝电话系统。

中国对软件无线电技术也给予了足够的重视。

在“九五”和“十五”预研项目和“

863”计

划中都将软件无线电技术列为重点研究项目。

在“九五”期间立项的“多频段多功能电台技术”

突破了软件无线电的部分关键技术，开发出四信道多波形样机。

在“十五”期间，软件无线

电技术仍将作为重点项目进行进一步的研究与开发。

！

“863”计划项目对软件无线电的硬件平台

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4期

进行了深入的研究，提出了一种非常有前途的基于交换的硬件平台。

3军用软件无线电台面临的技术挑战

]

从传统的单信道、单频段电台向标准化的、开放式结构、多信道、多频段电台演进对军事

通信是一个巨大的挑战。

另一方面，由于军用软件无线电台强调信息保密，其复杂程度将大大

高于民用软件无线电台。

因此要开发出真正的军用软件电台须在以下几个方面实现突破：

.低频至超高频宽带天线。

这是主要的技术难题，其中关键的技术及需要考虑的因素包括

同址干扰、多频段多模式天线交互作用、插入损耗、以及智能天线等。

.RF转换和中频处理是需要突破的又一个技术领域。

.近年来

ADC/DAC有了迅猛的发展，但是对于军用电台市场，需要无寄生高动态范围以

支持在干扰严重环境中的作战要求。

.DSP是软件无线电台十分重要的技术。

现在市场上已有许多高性能

DSP元件。

对于军用

产品，必须注意确保相应技术的支撑，特别是高性能电台需要的亚微米

ASIC。

.需要确定软件无线电台基带平台的无线接口和标准范围，以确保终生不断升级。

通过这

一标准接口，用户可在标准平台上实施其保密波形。

.需要全球无线接口标准，从而通过无线下载程序动态实现新的业务。

军用软件电台必须

支持多媒体网络的各种无线接口。

4对软件无线电至关重要的元器件技术

软件无线电的成功实现在很大程度上取决于所使用的元器件，这对半导体厂商及软件无线

电台设计人员都提出了挑战。

传统上无线基础设备的设计是通过使用专用

Ics、数字信号处理器

（DSP）、现场可编程门阵列（

FPGA）器件。

其中

ASIC和

FPGA用于实现先进的编码技术，

包括

ReedSolomon,Viterbi和

Rake接收机功能；

DSP执行声码器和其它话音处理功能。

而软件

无线电台的实现，这些功能的划份发生了变化，即

ASIC开始实施更多的编程功能，而

DSP

和

FPGA执行传统的

ASIC功能。

如何划分

ASIC，FPGA之间的功能，已成为软件无线电台设

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）

计人员所面临的一个棘手的问题。

有专家认为下面五个方面是衡量这些器件是否可行的标志：

编程性。

即重构能力，执行所有目标无线接口所需的功能。

集成度。

将多种功能集成到单一器件的能力，从而缩小系统的体积，降低硬件的复杂程度。

开发周期。

利用特定器件开发、实施和测试数字电台功能的时间。

性能。

在所需时间内，器件实现功能的能力。

功率。

在实现所需功能时，器件的功率利用率。

在上述五个方面中最重要的一点是确定系统每一功能所需的重构能力。

A/D转换器和

D/A转换器以及数字中频也将是非常关键的部分。

目前市场上普遍使用的

是

12-bit分辨率、

50Msps取样率、

20dB动态范围的

。

A/D转换器，包括

AD公司的

AD6640和

Burr-BrownAD807。

但是这些器件很难满足互调、动态范围等这些重要的性能和要求。

目前新

近推出的

14-bitA/D转换器，具有高线性、大动态范围等特性，能缓解现有器件的局限性，免

除了对外部滤波和增益级的需求。

数字中频（上变频和下变频）处理和缓解

DSP的高密度计算任务，其精确度高于模拟

电路。

数字中频的实现依赖于上变频

/下变频。

这些产品包括

Graychip公司的

GC4114、Intersil公

司的

HSP50016上变频器和

Graychip公司的GC4014、Intersil公司的

HSP50215和

Analog

DevicesAD6620下变频器。

目前商用的上

/下变频器件可支持每载波多个信道，对多信道应用尤

为重要。