軟件無線電技術(shù)在3G和4G中的應(yīng)用

當(dāng)前，蜂窩移動通信系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到第三代，3G系統(tǒng)進入商業(yè)運行一方面需要解決不同標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)間的兼容性；另一方面為了適應(yīng)技術(shù)的飛速發(fā)展，3G無線通信系統(tǒng)要求具有高度的靈活性和擴展升級能力，軟件無線電技術(shù)無疑是最好的解決方案。作為3G移動通信標(biāo)準(zhǔn)中的兩個主要標(biāo)準(zhǔn)，W-CDMA和CDMA2000都采用碼分多址接入方式，并具有信道帶寬寬、數(shù)據(jù)速率多樣且支持高速率、不同業(yè)務(wù)采用信道編碼不同等共性，同時，這兩種標(biāo)準(zhǔn)之間在碼片速率、信道帶寬和信道選擇碼等方面也存在差異。為了解決這些方面的問題及提高系統(tǒng)容量，在3G中采用了智能天線技術(shù)(Smart Antenna)、多用戶檢測技術(shù)(MUD)等，使得軟件無線電技術(shù)在3G系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用空間。

首先，智能天線技術(shù)在我國的TD-SCDMA的方案中，利用數(shù)字信號處理技術(shù)識別用戶信號到達方向，形成天線主波束；引入空分多址(SDMA)方式，根據(jù)用戶信號不同的空間傳播方向，提供不同的空間信道；采用數(shù)字方法對陣元接收信號進行加權(quán)處理，形成多個波束賦形，每一個波瓣對應(yīng)于一個特別的手機用戶，波束也可以動態(tài)追蹤用戶，使主波束對準(zhǔn)用戶

其次，在歐共體的ACTSFIRST項目中，軟件無線電技術(shù)也用到了設(shè)計多頻/ 多模可編程手機中。它可自動檢測接收信號，接入不同的網(wǎng)絡(luò)，而且能滿足不同的接續(xù)時間要求。軟件無線電技術(shù)可用不同軟件實現(xiàn)不同無線電設(shè)備的各種功能，可任意改變信道接入方式或調(diào)制方式，利用不同軟件即可適應(yīng)不同標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)成多模手機和多功能基站，具有高度的靈活性。

除此之外，軟件無線電出現(xiàn)了一些新的發(fā)展趨勢：主要表現(xiàn)在體系結(jié)構(gòu)分層化、軟件模塊化、結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)分析化、面向?qū)ο蠡⒂嬎銠C化、網(wǎng)絡(luò)化和安全化。

提供通向4G的橋梁

隨著3G技術(shù)不斷成熟并最終進入市場進行運營，國際電信聯(lián)盟(ITU)已經(jīng)開始研究制訂第四代移動通信標(biāo)準(zhǔn)，并已達成共識：把移動通信系統(tǒng)同其他系統(tǒng)(例如無限局域網(wǎng)、WLAN等)結(jié)合起來，產(chǎn)生4G技術(shù)，2010年之前使數(shù)據(jù)傳輸速率達到100Mbit/s，以提供更有效的多種業(yè)務(wù)，最終實現(xiàn)商業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、藍(lán)牙、廣播、電視衛(wèi)星通信的無縫銜接并相互兼容。

4G的關(guān)鍵技術(shù)主要有：OFDM(正交頻分復(fù)用)、軟件無線電、智能天線和IPv6技術(shù)。

在4G眾多關(guān)鍵技術(shù)之中，軟件無線電技術(shù)是通向未來4G的橋梁。由于各種技術(shù)的交迭有利于減少開發(fā)的風(fēng)險，所以未來的4G技術(shù)需要適應(yīng)不同種類的產(chǎn)品的要求。而軟件無線電技術(shù)則是適應(yīng)產(chǎn)品多樣性的基礎(chǔ)。它不僅能減少開發(fā)風(fēng)險，還更易于開發(fā)系列型產(chǎn)品。此外，它還減少了硅芯片的容量，從而削減了運算器件的價格，其開放的結(jié)構(gòu)也會允許多方運營的介入；同時，由于DSP的使用，也彌補了廉價RF(RadioFrequency)所造成的不足。在實際應(yīng)用中，RF部分是昂貴而缺乏靈活性的，寬帶的RF是非線性的，而通過使用SDR技術(shù)可彌補其在靈活性上的不足。

在網(wǎng)絡(luò)支持方面，由于4G通信系統(tǒng)選擇了采用基于IP的全分組的方式傳送數(shù)據(jù)流，因此IPv6技術(shù)將成為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。而大量鏈路類型的不同鏈接可通過SDR進行互聯(lián)。同時，動態(tài)頻譜的分配也有利于在已占用帶寬上實現(xiàn)新的服務(wù)。

智能天線技術(shù)也是4G中的關(guān)鍵技術(shù)，它與SDR技術(shù)同樣緊密相連。它是在軟件無線電基礎(chǔ)上提出的天線設(shè)計新概念，是數(shù)字多波束形成(DBF)技術(shù)與軟件無線電完美結(jié)合的產(chǎn)物。一方面，軟件無線電為智能天線的實現(xiàn)提供了一條有效可行的技術(shù)途徑，另一方面智能天線也為軟件無線電的發(fā)展起到了推動作用。它們兩者相互滲透、相互促進?；谲浖o線電的智能天線主要包括：單信道智能天線，即通過天線陣感應(yīng)的射頻信號，首先經(jīng)過前端模擬預(yù)處理變換為適合于A/D采樣的寬帶中頻信號，該寬帶中頻信號經(jīng)A/D數(shù)字化后送到數(shù)字下變頻器(DDC)，對寬帶數(shù)字中頻內(nèi)某一感興趣的信號進行數(shù)字正交下變頻和采樣率變換，變換為與信號帶寬相適應(yīng)的低采樣率的基帶正交(I/Q)數(shù)字信號，這N路I/Q基帶數(shù)據(jù)被同時送到M個數(shù)字波束形成器(DBF)，分別進行不同指向的波束形成運算，最終獲得所需的M個波束。信息解調(diào)模塊(DEMOD)要么對所形成的這M個波束同時進行解調(diào)，要么選取其中信噪比最大的波束進行解調(diào)，前者可以實現(xiàn)同頻空分復(fù)用，后者則可以實現(xiàn)定向接收，改善輸出信噪比。其次為多信道智能天線，它與單信道智能天線相比只是在A/D后設(shè)置多個單信道多波束形成器SCMBF。此外還包括多相濾波信道化智能天線，它的最大特點是能夠?qū)崿F(xiàn)頻域空域上的全波束形成。