軟件無線電及其發(fā)展

所謂軟件無線電，其關(guān)鍵思想是構(gòu)造一個具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺，各種功能，如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等，用軟件來完成，并使寬帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統(tǒng)?？梢哉f這種平臺是可用軟件控制和再定義的平臺，選用不同軟件模塊就可以實現(xiàn)不同的功能，而且軟件可以升級更新。其硬件也可以像計算機(jī)一樣不斷地更新模塊和升級換代。由于軟件無線電的各種功能是用軟件實現(xiàn)的，如果要實現(xiàn)新的業(yè)務(wù)或調(diào)制方式只要增加一個新的軟件模塊即可。同時，由于它能形成各種調(diào)制波形和通信協(xié)議，故還可以與舊體制的各種電臺通信，大大延長了電臺的使用周期，也節(jié)約了成本開支。

軟件無線電的主要特點(diǎn)歸納如下：(1)具有很強(qiáng)的靈活性。軟件無線電可以通過增加軟件模塊，很容易地增加新的功能。它可以與其它任何電臺進(jìn)行通信，并可以作為其它電臺的射頻中繼。可以通過無線加載來改變軟件模塊或更新軟件。為了減少開支，可以根據(jù)所需功能的強(qiáng)弱，取舍選用的軟件模塊。?(2)具有較強(qiáng)的開放性。軟件無線電由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的結(jié)構(gòu)，其硬件可以隨著器件和技術(shù)的發(fā)展而更新或擴(kuò)展。軟件也可以隨需要而不斷升級。軟件無線電不僅能和新體制電臺通信，還能與舊式體制電臺相兼容。這樣，既延長了舊體制電臺的使用壽命，也保證了軟件無線電本身有很長的生命周期。

隨著移動通信的發(fā)展，從20世紀(jì)90年代初開始，軟件無線電(SoftwareRadio)的概念開始廣泛流行起來。由于多種數(shù)字無線通信標(biāo)準(zhǔn)共存，如GSM、CDMA-IS95等，每一種制式對其手機(jī)都有不同的要求，不同制式間的手機(jī)無法互連互通。為了解決這個問題，軟件無線電方案提出將2MHz～2000MHz的空中信號全部收下來進(jìn)行抽樣、量化，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號用軟件處理。換句話說，就是把空中所有可能存在的無線通信信號全部收下來進(jìn)行數(shù)字化處理，從而與任何一種無線通信標(biāo)準(zhǔn)的基站進(jìn)行通信。從理論上說，使用軟件無線電技術(shù)的手機(jī)與任何一種無線通信制式都兼容。雖然在理論上軟件無線電有良好的應(yīng)用前景，但在實際應(yīng)用時，它需要極高速的軟、硬件處理能力。由于硬件工藝水平的限制，直到今天，純粹的軟件無線電概念也沒有在實際產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。但一種基于軟件無線電概念基礎(chǔ)上的軟件定義無線電技術(shù)卻越來越受到人們的重視。在2001年10月份舉行的ITU-8F會議上，軟件定義無線電被推薦為今后無線通信發(fā)展極有可能的方向。軟件定義無線電是一個系統(tǒng)和體系，它必須有可重新編程和可重構(gòu)的能力，使設(shè)備可以使用于多種標(biāo)準(zhǔn)、多個頻帶和實現(xiàn)多種功能，它將不僅僅使用可編程器件來實現(xiàn)基帶數(shù)字信號處理，還將對射頻及中頻的模擬電路進(jìn)行編程和重構(gòu)，人們對軟件定義無線電的功能的要求包括：重新編程及重新設(shè)定的能力、提供并改變業(yè)務(wù)的能力、支持多標(biāo)準(zhǔn)的能力以及智能化頻譜利用的能力等等。應(yīng)該看到，SDR并不是一種孤立的技術(shù)，而是可為所有技術(shù)使用的公共平臺。 軟件定義無線電與軟件無線電最重要的一點(diǎn)不同之處在于，前者不要求將全頻帶內(nèi)(2MHz～2000MHz)的空中無線信號都收下來，而是通過手動配置/自動查找的方式，一個頻帶一個頻帶地找出當(dāng)前空中最適合于通信的頻帶和制式。眾所周知，由于各種各樣的原因，IMT2000或稱3G標(biāo)準(zhǔn)并未如其初衷所設(shè)想的那樣，形成一個全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是形成了歐洲的WCDMA、北美的cdma2000和中國的TD-SCDMA為代表的系列標(biāo)準(zhǔn)。多種不同標(biāo)準(zhǔn)帶來的一個問題就是手機(jī)在不同制式標(biāo)準(zhǔn)之間的漫游和兼容問題。此外，考慮到3G標(biāo)準(zhǔn)從現(xiàn)有2G標(biāo)準(zhǔn)平滑過渡的問題，3G的手機(jī)最好還同時支持GSM和CDMA-IS95協(xié)議。如果采用軟件定義無線電技術(shù)，使用通用的軟件平臺，通過手動配置/自動查找的方式，依次工作在可能的工作頻段和制式模式下，對接收到的數(shù)字信號采用針對性的軟件處理方案處理，從中選出并跳轉(zhuǎn)到最適合的工作頻段和制式下進(jìn)行通信，就可實現(xiàn)對各種模式的全兼容，其優(yōu)勢將是不言而喻的。當(dāng)然，要實現(xiàn)SDR的目標(biāo)，人們還需要面對巨大的挑戰(zhàn)，包括體系結(jié)構(gòu)、寬帶可編程、可配置的射頻和中頻技術(shù)等等。而在用軟件定義無線電方案實現(xiàn)不同的無線通信制式時，TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)由于其特性，更容易與軟件定義無線電方案相結(jié)合。因為TD-SCDMA是唯一明確將智能天線和高速數(shù)字調(diào)制技術(shù)設(shè)計在標(biāo)準(zhǔn)中，明確用軟件無線電技術(shù)來實施的標(biāo)準(zhǔn)。同時TD-SCDMA技術(shù)用SDR來實現(xiàn)相對也比較方便。首先，TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)中每個頻帶的帶寬較窄，信號處理量不是很大，易于使用軟件平臺實現(xiàn)，而不必采用處理速度要求非常高的硬件平臺，因此移植到基于軟件定義無線電方案非常容易，不必再考慮如何由硬件平臺轉(zhuǎn)換到軟件平臺。其次，TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)中上、下行信號都采用同步傳輸方式，因此在解調(diào)時可以采用實現(xiàn)方案相對簡單的相干解調(diào)方案，而不必使用復(fù)雜的非相干解調(diào)，也使得軟件編程處理量下降，便于實現(xiàn)。