軟件無線電在第三代移動通信系統(tǒng)中的應用與新進展<1>

軟件無線電在第三代移動通信系統(tǒng)中的應用與新進展<1>（吳啟暉、王金龍）
摘要第三代移動通信系統(tǒng)的研究推動了軟件無線電技術的發(fā)展，而軟件無線電技術又促使第
三代移動通信系統(tǒng)更加靈活地實現。本文分析了軟件無線電技術在第三代移動通信系統(tǒng)中的
應用，并總結歸納了由于第三代移動通信系統(tǒng)的推動作用，軟件無線電系統(tǒng)呈現出的一些新
的發(fā)展趨勢。
關鍵詞  第三代移動通信系統(tǒng)  軟件無線電  虛擬無線電  認知無線電  拓撲  模塊化
1引言
    軟件無線電是近幾年來提出的一種實現無線通信的新概念和體制。它的核心是：將寬帶
A／D和D／A變換器盡可能地靠近天線，而電臺功能盡可能地采用軟件進行定義。軟件無線電
把硬件作為無線通信的基本平臺，對于無線通信功能盡可能用軟件來實現。這樣，無線通信
系統(tǒng)具有很好的通用性、靈活性，使系統(tǒng)互聯(lián)和升級變得非常方便，這很可能使軟件無線電
成為繼模擬通信到數字通信和固定通信到移動通信之后的無線通信領域的第三次突破。
    軟件無線電在通信系統(tǒng)中，特別是在第三代移動通信系統(tǒng)中的應用越來越成為研究的熱
點。例如歐洲的ACB（先進的通信技術與業(yè)務）計劃中，有三項計劃是將軟件無線電技術應
用在第三代移動通信系統(tǒng)（3G，3rd generation mobile communicationsystem）中的：
FIRST（靈活的綜合無線電系統(tǒng)和技術）計劃將軟件無線電技術應用到設計多頻／多模（可
兼容GSM、DCS1800、WCDMA、現有的大多數模擬體制）可編程手機，這種手機可自動檢測接
收信號以接入不同的網絡，且適應不同接續(xù)時間的要求；FRAMES（未來的無線寬帶多址系統(tǒng)）
計劃的目標是定義、研究與評估寬帶有效的多址接入方案來滿足UMN要求，方法之一是采用
軟件無線電技術；SORT（軟件無線電技術）計劃是演示靈活的有效的軟件可編程電臺，它具
有無線自適應接入功能，并符合UMS的標準。美國也正在研究基于軟件無線電技術的第三代
移動通信系統(tǒng)的多頻帶多模式手機與基站，同時還注意到軟件無線電技術與計算機技術的融
合，為第三代移動通信系統(tǒng)提供良好的用戶界面，如麻省理工學院的SpectrumWare計劃。我
國對軟件無線電技術也相當重視，例如我國提出了第三代移動通信系統(tǒng)方案SCDMA（同步碼
分多址），SCDMA是一種同步的直接擴頻CDMA（碼分多址）技術，它結合了智能天線、軟件
無線電及全質量話音壓縮編碼技術等90年代通信新技術。另外，軟件無線電技術在第三代移
動通信中的應用是國家“863”計劃的申請項目之一。
2第三代移動通信系統(tǒng)中的軟件無線電技術
    第三代移動通信系統(tǒng)是指國際電信聯(lián)盟（ITU）正在組織進行研究的未來公用陸地移動
通信系統(tǒng)即FPLMTS，1996年更名為IMT-2000。第三代移動通信系統(tǒng)的主要目標是要將包括衛(wèi)
星在內的所有網絡融合為可以替代眾多網絡功能的統(tǒng)一系統(tǒng)。它能提供寬帶業(yè)務并實現全球
無縫覆蓋。
    在第三代移動通信系統(tǒng)所要實現的目標與系統(tǒng)的特點中，最核心的問題是提供不同環(huán)境
下的多媒體業(yè)務及實現包含水。陸�？盏娜�球覆蓋。因而它要求實現多種網絡的綜合：無線
網與無線網的綜合，移動網與固定網的綜合，陸地網與衛(wèi)星網的綜合。這樣可以提供全球無
縫覆蓋，為用戶提供在無線與有線環(huán)境下統(tǒng)一的業(yè)務使用方式，又適應多種業(yè)務環(huán)境，且與
第二代移動通信系統(tǒng)兼容，便于平滑升級。對于通信終端而言，它面對的是多種網絡的綜合
系統(tǒng)，因而需要實現多頻多模式終端（手機）。第三代移動通信系統(tǒng)可支持的速率為室內靜
止2Mbit／s，步行移動384kbit／s，車速移動144kbit／s，衛(wèi)星移動9.6kbit／s，所以手機
要適應寬帶多業(yè)務的要求。軟件無線電為通信系統(tǒng)提供一種新型的結構，那就是利用統(tǒng)一的
硬件平臺，不同的軟件來實現不同的功能。只有軟件無線電技術才能解決多頻多模式多業(yè)務
終端問題。
    由于第三代移動通信的標準的統(tǒng)一是非常困難的，IMT－2000的發(fā)展策略已經改變過去
“統(tǒng)一”的概念，而注意到以各地區(qū)現有第二代系統(tǒng)網絡基礎為參考來制定比較現實的過渡
方法，并在1997年3月的中間會議上一致通過了“IMT－2000家族”的概念。它放棄了在空中
接口、網絡技術等方面一致性的努力，而致力于制定網絡接口的標準和互通方案。因此，也
存在多頻多模多業(yè)務基站問題，軟件無線電是解決基站問題的利器。
    具體地講，軟件無線電技術在第三代移動通信系統(tǒng)中的應用體現在以下幾個方面：
    （1）第三代移動通信手機與基站提供了一個開放的、模塊化的系統(tǒng)結構；
    （2）智能天線結構的實現，空間特征矢量包括DOA（來波方向估計）的獲得、每射頻通
道權重的計算和天線波束賦形；
    （3）各種信號處理軟件的實現，包括各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信號流變換軟件、
調制解調算法軟件、信道糾錯編碼軟件、信源編碼軟件算法等。
    開放的、模塊化的系統(tǒng)結構是軟件無線電技術的核心，對于第三代移動通信系統(tǒng)是非常
重要的。它為第三代移動通信系統(tǒng)提供了通用的系統(tǒng)結構，功能實現靈活，系統(tǒng)改進與升級
很方便；利用統(tǒng)一的硬件平臺，不同的軟件來滿足“IMT－2000”家族概念的要求，實現不同
標準之間的互操作；系統(tǒng)結構的一致性使得設計的模塊化思想能很好地實現，且這些模塊具
有很大的通用性，能在不同的系統(tǒng)及升級時很容易地復用；由于系統(tǒng)結構功能的實現主要是
由軟件來實現的，軟件的生存周期決定了通信系統(tǒng)的生存期，這樣就能更快地跟蹤市場變化，
降低更新?lián)Q代的成本。智能無線技術是第三代移動通信系統(tǒng)的關鍵技術之一，利用軟件無線
電來實現智能天線，可以提高智能天線的性能。各種信號處理軟件是軟件無線電的關鍵，應
積極探索新的算法為更好地解決多頻多模問題鋪平道路。
    軟件無線電技術是當今計算技術、超大規(guī)模集成電路和數字信號處理技術在無線電通信
中應用的產物。它在我國提出的第三代移動通信系統(tǒng)SCDMA中，應用就更廣泛了。SCDMA系統(tǒng)
的基站和終端都采用了高速數字處理器和高速A／D變換器，處理速度高于每秒5千萬次，全
部基帶信號處理和變換都用軟件來完成。在SCDMA中軟件無線電將實現如下功能：
    （1）提供一個開放的模塊化的系統(tǒng)結構；
    （2）智能無線的實現；
    （3）同步檢測、建立和保持；
    （4）用戶終端D－QPSK（差分正交移相鍵控）解調器中的載波恢復、頻率校準和跟蹤；
    （5）每碼道功率的檢測和發(fā)射功率控制的實現；
    （6）接收通道的電平檢測和接收增益控制；
    （7）擴頻調制和解調，包括WAtsH（沃什）碼和PN（偽隨機）碼的產生；
    （8）語音編譯碼；
    （9）DTMF（雙音多頻）、MFC（多頻編碼）及各種信號的產生和檢測；
    （10）信道編碼、復接和分接；
    （11）發(fā)射脈沖成形濾波；
    （12）SWAP（交換）信令的差錯檢測；
    （13）接收信令的差錯檢測；
    （14）發(fā)射通道的數字預失真；
    （15）基站收發(fā)信機的校準。
    從上面可以看出軟件無線電技術在第三代移動通信系統(tǒng)中的應用是非常廣泛的，而且只
有軟件無線電技術才能解決第三代移動通信系統(tǒng)中的多頻多模手機與基站問題。
3第三代移動通信中的軟件無線電的新進展
    第三代移動通信系統(tǒng)是一個極富挑戰(zhàn)性與創(chuàng)造性的未來標準的構想，而軟件無線電技術
是第三代移動通信系統(tǒng)的關鍵技術之一，故世界各國都投入巨大的力量研究軟件無線電技術
在第三代移動通信系統(tǒng)中的應用，這樣就推動了軟件無線電的發(fā)展。特別是近幾年來，軟件
無線電的體系結構出現了一些新的發(fā)展趨勢。