軟件無線電在第三代移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)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(yīng)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(shù)的發(fā)展，而軟件無線電技術(shù)又促使第
三代移動通信系統(tǒng)更加靈活地實現(xiàn)。本文分析了軟件無線電技術(shù)在第三代移動通信系統(tǒng)中的
應(yīng)用，并總結(jié)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(xiàn)出的一些新
的發(fā)展趨勢。
關(guān)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(xiàn)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(xiàn)。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(shù)字通信和固定通信到移動通信之后的無線通信領(lǐng)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(yīng)用越來越成為研究的熱
點。例如歐洲的ACB（先進的通信技術(shù)與業(yè)務(wù)）計劃中，有三項計劃是將軟件無線電技術(shù)應(yīng)
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(shù)）計劃將軟件無線電技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計多頻／多模（可
兼容GSM、DCS1800、WCDMA、現(xiàn)有的大多數(shù)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(wǎng)絡(luò)，且適應(yīng)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(shù)；SORT（軟件無線電技術(shù)）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(yīng)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(shù)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(shù)與計算機技術(shù)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(xué)院的SpectrumWare計劃。我
國對軟件無線電技術(shù)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(shù)，它結(jié)合了智能天線、軟件
無線電及全質(zhì)量話音壓縮編碼技術(shù)等90年代通信新技術(shù)。另外，軟件無線電技術(shù)在第三代移
動通信中的應(yīng)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(shù)
    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(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)融合為可以替代眾多網(wǎng)絡(luò)功能的統(tǒng)一系統(tǒng)。它能提供寬帶業(yè)務(wù)并實現(xiàn)全球
無縫覆蓋。
    在第三代移動通信系統(tǒng)所要實現(xiàn)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(wù)及實現(xiàn)包含水。陸。空的全球覆蓋。因而它要求實現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)的綜合：無線
網(wǎng)與無線網(wǎng)的綜合，移動網(wǎng)與固定網(wǎng)的綜合，陸地網(wǎng)與衛(wèi)星網(wǎng)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(wù)使用方式，又適應(yīng)多種業(yè)務(wù)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(wǎng)絡(luò)的綜合
系統(tǒng)，因而需要實現(xiàn)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(nèi)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(yīng)寬帶多業(yè)務(wù)的要求。軟件無線電為通信系統(tǒng)提供一種新型的結(jié)構(gòu)，那就是利用統(tǒng)一的
硬件平臺，不同的軟件來實現(xiàn)不同的功能。只有軟件無線電技術(shù)才能解決多頻多模式多業(yè)務(wù)
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(jīng)改變過去
“統(tǒng)一”的概念，而注意到以各地區(qū)現(xiàn)有第二代系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)為參考來制定比較現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面一致性的努力，而致力于制定網(wǎng)絡(luò)接口的標準和互通方案。因此，也
存在多頻多模多業(yè)務(wù)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(shù)在第三代移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用體現(xiàn)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(jié)構(gòu)；
    （2）智能天線結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，空間特征矢量包括DOA（來波方向估計）的獲得、每射頻通
道權(quán)重的計算和天線波束賦形；
    （3）各種信號處理軟件的實現(xiàn)，包括各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信號流變換軟件、
調(diào)制解調(diào)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(jié)構(gòu)是軟件無線電技術(shù)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(jié)構(gòu)，功能實現(xiàn)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(xiàn)不同
標準之間的互操作；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一致性使得設(shè)計的模塊化思想能很好地實現(xiàn)，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(fù)用；由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的實現(xiàn)主要是
由軟件來實現(xiàn)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(shù)是第三代移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，利用軟件無線
電來實現(xiàn)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(guān)鍵，應(yīng)
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(shù)是當今計算技術(shù)、超大規(guī)模集成電路和數(shù)字信號處理技術(shù)在無線電通信
中應(yīng)用的產(chǎn)物。它在我國提出的第三代移動通信系統(tǒng)SCDMA中，應(yīng)用就更廣泛了。SCDMA系統(tǒng)
的基站和終端都采用了高速數(shù)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(xiàn)如下功能：
    （1）提供一個開放的模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；
    （2）智能無線的實現(xiàn)；
    （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(diào)器中的載波恢復(fù)、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(xiàn)；
    （6）接收通道的電平檢測和接收增益控制；
    （7）擴頻調(diào)制和解調(diào)，包括WAtsH（沃什）碼和PN（偽隨機）碼的產(chǎn)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(chǎn)生和檢測；
    （10）信道編碼、復(fù)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(shù)字預(yù)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(shù)在第三代移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用是非常廣泛的，而且只
有軟件無線電技術(shù)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(gòu)想，而軟件無線電技術(shù)
是第三代移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，故世界各國都投入巨大的力量研究軟件無線電技術(shù)
在第三代移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)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(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一些新的發(fā)展趨勢。