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通過近20年的發(fā)展，移動通信已成為通信領域最活躍、市場份額最高的產(chǎn)業(yè)，也成為國際上市場競爭最激烈的部分。但是，按著傳統(tǒng)的思路的產(chǎn)品開發(fā)及生產(chǎn)方式，已表現(xiàn)出不少問題，譬如：產(chǎn)品是針對特定的標準中一個版本來開發(fā)和制造的。當新技術出現(xiàn)或版本升級或提供新業(yè)務時，只能開發(fā)新的專用芯片，制造新一代的設備。其結果不是限制了新技術和新業(yè)務的使用，就是給制造商、運營商帶來更大的投資風險，給用戶帶來諸多不便。同時，由于各國的經(jīng)濟利益，全球標準的統(tǒng)一，又難以實現(xiàn)。標準的種類在不斷增加。造成頻率分配、管理更為困難，需要的頻率資源增加，多頻多模手持機制造困難，成本增加。
面對此問題，國際上已經(jīng)進行了大量的研究。大部分專家認為，“軟件定義無線電”(Software Defined Radio ，簡稱SDR)將是一個解決全球無線通信需求的方案。它將成為未來無線通信設備設計的核心所在。
SDR的定義和要求
SDR是一個系統(tǒng)的體系概念。SDR的無線通信設備考慮的是一個系統(tǒng)，它必須具有可重新編程和可重構的能力，使此設備可以使用于多種模式(標準)、多個頻帶和多種功能。它不僅僅使用如軟件無線電中的可編程器件來實現(xiàn)基帶數(shù)字信號處理，還將對射頻及中頻的模擬電路進行編程和重構。SDR將是無線通信領域內(nèi)一個革命性的概念。
目前人們對使用SDR的無線通信系統(tǒng)或設備，提出了許多要求。
SDR設備可以被快速、簡便地重新編程及重新設定，以支持任意傳輸形式的應用和在任何頻率上的傳輸或接收。重新編程及重新設定能力可實現(xiàn)用同一設備支持不同蜂窩技術、個人通信系統(tǒng)和其他無線業(yè)務在世界范圍內(nèi)使用。
采用SDR設備，用戶不但可以支持傳統(tǒng)業(yè)務并且可以支持新業(yè)務；空中下載軟件的概念可以保證用戶可獲得最新的業(yè)務服務。SDR能更好地體現(xiàn)“互操作性”這一概念，以支持多頻段及多標準工作的無線通信系統(tǒng)。SDR能使無線運營商在基本不更換基站硬件的條件下，實現(xiàn)系統(tǒng)的版本更新、標準更新及升級換代。
SDR還可提高頻譜利用率和頻率共享，讓設備靈活地接入到新頻段；SDR設備具有“智能”功能，它可以監(jiān)測其他設備使用的頻譜，并在空閑頻段上進行傳輸；SDR大大降低了頻率分配的困難和頻率分配的風險。
總地說來，SDR是一個全新的，實現(xiàn)未來移動通信設備的概念和體系結構。它本身并不是一種孤立的技術，而是為所有新技術使用的公共平臺。
讓各方均受益
使用SDR概念來設計和實現(xiàn)下一代的無線通信系統(tǒng)和設備，與傳統(tǒng)的產(chǎn)品和設備相比較，具有明顯的優(yōu)勢。它將使得從技術研究開發(fā)，到設備制造商、電信運營商，再到每個無線通信最終用戶都受益。
首先，對技術和產(chǎn)品的研究開發(fā)而言，傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)只對單一的標準進行產(chǎn)品開發(fā)，從標準相對穩(wěn)定到設計和開發(fā)專用芯片，再到產(chǎn)品設計和實現(xiàn)是一個以年為單位的過程，開發(fā)周期長、開發(fā)成本高。上述情況導致在標準制定進程中，大多數(shù)新技術不能被應用，限制了新技術的發(fā)展和應用，導致商用產(chǎn)品和當時技術水平的巨大差異。
SDR將提供一個新概念和通用無線通信平臺，在此平臺上，可能基于軟件來實現(xiàn)新業(yè)務和使用新技術，大大降低了開發(fā)成本和周期，使產(chǎn)品能跟上技術發(fā)展的水平。未來的新業(yè)務將由用戶來開發(fā)，只有使用SDR的概念，才可能讓用戶像使用PC一樣，用SDR設備去開發(fā)所需的新業(yè)務。
其次，對制造商來說，隨著技術的進步，目前無線通信產(chǎn)品的生命周期越來越短，因此針對單一產(chǎn)品線的投資風險很大�；赟DR產(chǎn)品的生產(chǎn)將比傳統(tǒng)產(chǎn)品原材料成本低，且產(chǎn)品壽命長，這就意味著投資風險低。同時，由于它簡單化及標準化硬件使得產(chǎn)品容易生產(chǎn)。因此，制造商生產(chǎn)基于SDR技術的產(chǎn)品，可得到遠大于生產(chǎn)傳統(tǒng)產(chǎn)品的效益。
第三，對運營商來說，移動通信網(wǎng)建設需要巨大投資，同時具有很大風險性。我國現(xiàn)今一方面由于市場需求，GSM網(wǎng)絡迅速擴容，增加GPRS設備；另一方面又面臨第三代移動通信即將到來的時期，制定一個成功的投資戰(zhàn)略極為困難。在下階段又將考慮在第三代移動通信的多種標準中如何選擇，也有很大的投資風險。軟件無線電從某種程度上就可降低這種風險。
最后，從最終用戶的角度看，基于SDR技術用戶的設備，是為用戶提供了一個通用的終端設備平臺。它應當能支持多達5～8種國際上通用的標準，而且可以通過空間加載軟件技術達到用戶設備升級的目的。只有這樣，用戶才不需要關心他所在的地區(qū)和運營商的問題，而實現(xiàn)真正意義的全世界漫游。用戶也有可能獲得他所希望得到的新業(yè)務。
技術面臨挑戰(zhàn)
目前，很多國際上的研究單位和公司都在關心和研究SDR技術。但不同公司對SDR技術的未來仍然有不同的看法：多數(shù)歐洲公司認為它將在2008年后廣泛使用，一些美國公司認為可能在2005年開始廣泛應用，而少數(shù)小規(guī)模的高技術公司則在為今年初能推出SDR無線通信產(chǎn)品(基站和用戶終端)而努力。到底SDR技術中有哪些挑戰(zhàn)，有哪些關鍵技術問題，造成人們對此技術的廣泛應用前景有如此大的差異？
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(fā)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(zhàn)性的工作。
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，使用智能天線技術支持的模式也是一個挑戰(zhàn)。
目前，能用軟件實現(xiàn)數(shù)字信號處理的器件主要是數(shù)字信號處理器(DSP)和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)兩大類。前者已達到數(shù)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(fā)展方向是將兩者的優(yōu)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”(Reconfigurable 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。
對無線基站，不同標準和體制有不同的網(wǎng)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。
用戶終端的新業(yè)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(chuàng)建自己需要的業(yè)務則更是一個理想，還有很長的路要走。
由此看來，軟件定義無線電的實現(xiàn)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(shù)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。我國提出的TD-SCDMA 無線傳輸技術標準，是惟一明確將智能天線和高速數(shù)字調(diào)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(fā)展方向。從這個角度講，軟件無線電也是TD-CDMA的核心所在。
軟件無線電與 TD-SCDMA
所謂軟件無線電，就是采用數(shù)字信號處理技術，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來定義實現(xiàn)無線電臺的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號的基帶處理等等。即整個無線電臺從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來完成。
其核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的“數(shù)字/模擬”轉(zhuǎn)換器，盡早地完成信號的數(shù)字化，從而使得無線電臺的功能盡可能地用軟件來定義和實現(xiàn)�？傊�，軟件無線電是一種基于數(shù)字信號處理(DSP)芯片，以軟件為核心的嶄新的無線通信體系結構。
而在TD-SCDMA中，由于其中包括智能天線(Smart Antenna)、同步CDMA(Synchronous CDMA)、軟件無線電(Software)三項技術，且第一個字母都是S，因而被命名為“ SCDMA ”，這些都成為了TD-SCMA的技術基礎。
摘自《通信產(chǎn)業(yè)報》2003.2.19
