软件无线电技术在3G和4G中的应用

发布: 2010-10-19 01:04 | 作者: 岳斌 | 来源: | 字体: 小中大

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　　提高3G系统的灵活性

　　当前，蜂窝移动通信系统已经发展到第三代，3G系统进入商业运行一方面需要解决不同标准的系统间的兼容性；另一方面为了适应技术的飞速发展，3G无线通信系统要求具有高度的灵活性和扩展升级能力，软件无线电技术无疑是最好的解决方案。作为3G移动通信标准中的两个主要标准，W-CDMA和CDMA2000都采用码分多址接入方式，并具有信道带宽宽、数据速率多样且支持高速率、不同业务采用信道编码不同等共性，同时，这两种标准之间在码片速率、信道带宽和信道选择码等方面也存在差异。为了解决这些方面的问题及提高系统容量，在3G中采用了智能天线技术(Smart Antenna)、多用户检测技术(MUD)等，使得软件无线电技术在3G系统中有着广泛的应用空间。

　　首先，智能天线技术在我国的TD-SCDMA的方案中，利用数字信号处理技术识别用户信号到达方向，形成天线主波束；引入空分多址(SDMA)方式，根据用户信号不同的空间传播方向，提供不同的空间信道；采用数字方法对阵元接收信号进行加权处理，形成多个波束赋形，每一个波瓣对应于一个特别的手机用户，波束也可以动态追踪用户，使主波束对准用户信号方向，在干扰信号方向上，形成天线方向图零陷或功率增益较低，从而达到抑制干扰的目的。

　　其次，在欧共体的ACTSFIRST项目中，软件无线电技术也用到了设计多频/多模可编程手机中。它可自动检测接收信号，接入不同的网络，而且能满足不同的接续时间要求。软件无线电技术可用不同软件实现不同无线电设备的各种功能，可任意改变信道接入方式或调制方式，利用不同软件即可适应不同标准，构成多模手机和多功能基站，具有高度的灵活性。

　　除此之外，软件无线电出现了一些新的发展趋势：主要表现在体系结构分层化、软件模块化、结构数学分析化、面向对象化、计算机化、网络化和安全化。

　　提供通向4G的桥梁随

　　着3G技术不断成熟并最终进入市场进行运营，国际电信联盟(ITU)已经开始研究制订第四代移动通信标准，并已达成共识：把移动通信系统同其他系统(例如无限局域网、WLAN等)结合起来，产生4G技术，2010年之前使数据传输速率达到100Mbit/s，以提供更有效的多种业务，最终实现商业无线网络、局域网、蓝牙、广播、电视卫星通信的无缝衔接并相互兼容。

　　4G的关键技术主要有：OFDM(正交频分复用)、软件无线电、智能天线和IPv6技术。

　　在4G众多关键技术之中，软件无线电技术是通向未来4G的桥梁。由于各种技术的交迭有利于减少开发的风险，所以未来的4G技术需要适应不同种类的产品的要求。而软件无线电技术则是适应产品多样性的基础。它不仅能减少开发风险，还更易于开发系列型产品。此外，它还减少了硅芯片的容量，从而削减了运算器件的价格，其开放的结构也会允许多方运营的介入；同时，由于DSP的使用，也弥补了廉价RF(RadioFrequency)所造成的不足。在实际应用中，RF部分是昂贵而缺乏灵活性的，宽带的RF是非线性的，而通过使用SDR技术可弥补其在灵活性上的不足。

　　在网络支持方面，由于4G通信系统选择了采用基于IP的全分组的方式传送数据流，因此IPv6技术将成为下一代网络的核心协议。而大量链路类型的不同链接可通过SDR进行互联。同时，动态频谱的分配也有利于在已占用带宽上实现新的服务。

　　智能天线技术也是4G中的关键技术，它与SDR技术同样紧密相连。它是在软件无线电基础上提出的天线设计新概念，是数字多波束形成(DBF)技术与软件无线电完美结合的产物。一方面，软件无线电为智能天线的实现提供了一条有效可行的技术途径，另一方面智能天线也为软件无线电的发展起到了推动作用。它们两者相互渗透、相互促进。基于软件无线电的智能天线主要包括：单信道智能天线，即通过天线阵感应的射频信号，首先经过前端模拟预处理变换为适合于A/D采样的宽带中频信号，该宽带中频信号经A/D数字化后送到数字下变频器(DDC)，对宽带数字中频内某一感兴趣的信号进行数字正交下变频和采样率变换，变换为与信号带宽相适应的低采样率的基带正交(I/Q)数字信号，这N路I/Q基带数据被同时送到M个数字波束形成器(DBF)，分别进行不同指向的波束形成运算，最终获得所需的M个波束。信息解调模块(DEMOD)要么对所形成的这M个波束同时进行解调，要么选取其中信噪比最大的波束进行解调，前者可以实现同频空分复用，后者则可以实现定向接收，改善输出信噪比。其次为多信道智能天线，它与单信道智能天线相比只是在A/D后设置多个单信道多波束形成器SCMBF。此外还包括多相滤波信道化智能天线，它的最大特点是能够实现频域空域上的全波束形成。

作者：岳斌来源：人民邮电报