無線通信領(lǐng)域FPGA的應(yīng)用分析

1.1無線通信綜述

進(jìn)入21世紀(jì)以來，無線通信技術(shù)正在以前所未有的速度向前發(fā)展。隨著用戶對(duì)各種實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)需求的增加和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，可以預(yù)計(jì)，未來的無線通信技術(shù)將朝著數(shù)字化、綜合化、寬帶化、智能化和個(gè)人化的方向發(fā)展，這對(duì)社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都有著舉足輕重的作用。

隨著無線通信范圍的擴(kuò)大，無線通信系統(tǒng)也有越來越多的類型，可以分為微波通信系統(tǒng)、無線電尋呼系統(tǒng)、蜂窩移動(dòng)通信、無繩電話系統(tǒng)、集群無線通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、分組無線網(wǎng)等典型的通信系統(tǒng)。其中的移動(dòng)通信技術(shù)在世界范圍內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用，成為令人神往的高技術(shù)風(fēng)景線，但就正式商業(yè)運(yùn)營而言，至今也不過只有30年的歷史。從其發(fā)展歷程來看，大約每十年更新一代，目前處于第二代（2G）和第三代（3G）的交接期。

第一代（1G）以模擬式蜂窩網(wǎng)為主要特征。20世紀(jì)70年代末，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和微處理器的出現(xiàn)，使蜂窩系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度大大降低，從而進(jìn)一步推動(dòng)了蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展。這期間，美國推出了AMPS（Advanced Mobile Phone System）系統(tǒng)，歐洲推出了TACS（Total Access Communication System）系統(tǒng)。1G主要采用頻分多址（FDMA）方式實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的動(dòng)態(tài)尋址功能。

第二代（2G）以數(shù)字式蜂窩為主要特征，于20世紀(jì)90年代初走向商用。其中，各國相應(yīng)推出了今天廣為人知的GSM和IS-95CDMA等系統(tǒng)。2G主要采用時(shí)分多址（TDMA，如GSM中）和碼分多址（CDMA，如IS-95CDMA中）實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的動(dòng)態(tài)尋址功能。此外還在對(duì)信道動(dòng)態(tài)特征匹配上采用了抗干擾性能優(yōu)良的數(shù)字式調(diào)制（GMSK、QPSK）、糾錯(cuò)編碼（卷積碼、級(jí)聯(lián)碼）、信道交織編碼、自適應(yīng)均衡和Rake接收等技術(shù)。同時(shí)，無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)得到了極大的發(fā)展，按照覆蓋范圍從大到小可以分為移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)、無線局域網(wǎng)（WLAN，以IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)為典型代表）和無線個(gè)域網(wǎng)（WPAN，以藍(lán)牙（Bluetooch）技術(shù)為典型代表）。

第三代（3G）以多媒體業(yè)務(wù)為主要特征，于本世紀(jì)初剛剛投入商業(yè)化運(yùn)營，圖1-1給出了現(xiàn)有無線應(yīng)用解決方案的數(shù)據(jù)速率和靈活性。3G無線網(wǎng)絡(luò)可以分為3G蜂窩網(wǎng)和由各種WLAN、WAPN系統(tǒng)組成的寬帶接入系統(tǒng)。其中最具代表性的蜂窩網(wǎng)有北美的CDMA2000，歐洲與日本的WCDMA以及我國的TD-SCDMA系統(tǒng)，都以碼分多址（CDMA）實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的動(dòng)態(tài)尋址功能，以2G為基礎(chǔ)，以業(yè)務(wù)多媒體化為主要目標(biāo)。各種與蜂窩系統(tǒng)相補(bǔ)充的寬帶接入系統(tǒng)也得到了迅速發(fā)展，特別是以IEEE802.16系列標(biāo)準(zhǔn)（WiMAX）為代表的無線城域網(wǎng)技術(shù)，成為有線接入和3G蜂窩網(wǎng)強(qiáng)有力的競爭對(duì)手，并于2007年10月成為ITU的3G標(biāo)準(zhǔn)之一。WiMAX技術(shù)可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)的通信，可提供高速的雙向語音、數(shù)據(jù)、視頻服務(wù)。同時(shí)無線廣域網(wǎng)的技術(shù)也在進(jìn)一步發(fā)展中，期望填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)(蜂窩網(wǎng)、WLAN、WPAN和WMAN)之間的空白，提供比現(xiàn)有寬帶接入技術(shù)更高的移動(dòng)性，比蜂窩網(wǎng)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

圖1-1不同無線應(yīng)用解決方案的數(shù)據(jù)速率和靈活性示意圖

目前，世界各國均已展開對(duì)下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)（B3G/4G）的研究和開發(fā)，以期達(dá)到理想的通信目標(biāo)，并取得了一定的階段性成果。日本NTT DOCOMO公司、韓國電子通信研究所（ETRI）都已進(jìn)行了野外測試，推出了一系列高速的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。我國面向B3G的FuTURE計(jì)劃于2001年啟動(dòng)，并于2006年12月在上海進(jìn)行了TDD-OFDM系統(tǒng)測試和驗(yàn)收，驗(yàn)收結(jié)果表明該系統(tǒng)已達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。B3G/4G主要采用OFDM、多跳、中繼和多天線等新技術(shù)，將向用戶提供100Mbps甚至1Mbps的數(shù)據(jù)速率。這些先進(jìn)的技術(shù)大大提高了無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和通信的可靠性，增強(qiáng)了系統(tǒng)功能，擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域和服務(wù)范圍。可以預(yù)計(jì)，無線通信的未來更令人矚目和神往。