软件无线电在第三代移动通信系统中的应用与新进展<1>

发布: 2010-10-20 00:51 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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软件无线电在第三代移动通信系统中的应用与新进展<1>（吴启晖、王金龙）
摘要第三代移动通信系统的研究推动了软件无线电技术的发展，而软件无线电技术又促使第
三代移动通信系统更加灵活地实现。本文分析了软件无线电技术在第三代移动通信系统中的
应用，并总结归纳了由于第三代移动通信系统的推动作用，软件无线电系统呈现出的一些新
的发展趋势。
关键词  第三代移动通信系统  软件无线电  虚拟无线电  认知无线电  拓扑  模块化
1引言
    软件无线电是近几年来提出的一种实现无线通信的新概念和体制。它的核心是：将宽带
A／D和D／A变换器尽可能地靠近天线，而电台功能尽可能地采用软件进行定义。软件无线电
把硬件作为无线通信的基本平台，对于无线通信功能尽可能用软件来实现。这样，无线通信
系统具有很好的通用性、灵活性，使系统互联和升级变得非常方便，这很可能使软件无线电
成为继模拟通信到数字通信和固定通信到移动通信之后的无线通信领域的第三次突破。
    软件无线电在通信系统中，特别是在第三代移动通信系统中的应用越来越成为研究的热
点。例如欧洲的ACB（先进的通信技术与业务）计划中，有三项计划是将软件无线电技术应
用在第三代移动通信系统（3G，3rd generation mobile communicationsystem）中的：
FIRST（灵活的综合无线电系统和技术）计划将软件无线电技术应用到设计多频／多模（可
兼容GSM、DCS1800、WCDMA、现有的大多数模拟体制）可编程手机，这种手机可自动检测接
收信号以接入不同的网络，且适应不同接续时间的要求；FRAMES（未来的无线宽带多址系统）
计划的目标是定义、研究与评估宽带有效的多址接入方案来满足UMN要求，方法之一是采用
软件无线电技术；SORT（软件无线电技术）计划是演示灵活的有效的软件可编程电台，它具
有无线自适应接入功能，并符合UMS的标准。美国也正在研究基于软件无线电技术的第三代
移动通信系统的多频带多模式手机与基站，同时还注意到软件无线电技术与计算机技术的融
合，为第三代移动通信系统提供良好的用户界面，如麻省理工学院的SpectrumWare计划。我
国对软件无线电技术也相当重视，例如我国提出了第三代移动通信系统方案SCDMA（同步码
分多址），SCDMA是一种同步的直接扩频CDMA（码分多址）技术，它结合了智能天线、软件
无线电及全质量话音压缩编码技术等90年代通信新技术。另外，软件无线电技术在第三代移
动通信中的应用是国家“863”计划的申请项目之一。
2第三代移动通信系统中的软件无线电技术
    第三代移动通信系统是指国际电信联盟（ITU）正在组织进行研究的未来公用陆地移动
通信系统即FPLMTS，1996年更名为IMT-2000。第三代移动通信系统的主要目标是要将包括卫
星在内的所有网络融合为可以替代众多网络功能的统一系统。它能提供宽带业务并实现全球
无缝覆盖。
    在第三代移动通信系统所要实现的目标与系统的特点中，最核心的问题是提供不同环境
下的多媒体业务及实现包含水。陆。空的全球覆盖。因而它要求实现多种网络的综合：无线
网与无线网的综合，移动网与固定网的综合，陆地网与卫星网的综合。这样可以提供全球无
缝覆盖，为用户提供在无线与有线环境下统一的业务使用方式，又适应多种业务环境，且与
第二代移动通信系统兼容，便于平滑升级。对于通信终端而言，它面对的是多种网络的综合
系统，因而需要实现多频多模式终端（手机）。第三代移动通信系统可支持的速率为室内静
止2Mbit／s，步行移动384kbit／s，车速移动144kbit／s，卫星移动9.6kbit／s，所以手机
要适应宽带多业务的要求。软件无线电为通信系统提供一种新型的结构，那就是利用统一的
硬件平台，不同的软件来实现不同的功能。只有软件无线电技术才能解决多频多模式多业务
终端问题。
    由于第三代移动通信的标准的统一是非常困难的，IMT－2000的发展策略已经改变过去
“统一”的概念，而注意到以各地区现有第二代系统网络基础为参考来制定比较现实的过渡
方法，并在1997年3月的中间会议上一致通过了“IMT－2000家族”的概念。它放弃了在空中
接口、网络技术等方面一致性的努力，而致力于制定网络接口的标准和互通方案。因此，也
存在多频多模多业务基站问题，软件无线电是解决基站问题的利器。
    具体地讲，软件无线电技术在第三代移动通信系统中的应用体现在以下几个方面：
    （1）第三代移动通信手机与基站提供了一个开放的、模块化的系统结构；
    （2）智能天线结构的实现，空间特征矢量包括DOA（来波方向估计）的获得、每射频通
道权重的计算和天线波束赋形；
    （3）各种信号处理软件的实现，包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、
调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件算法等。
    开放的、模块化的系统结构是软件无线电技术的核心，对于第三代移动通信系统是非常
重要的。它为第三代移动通信系统提供了通用的系统结构，功能实现灵活，系统改进与升级
很方便；利用统一的硬件平台，不同的软件来满足“IMT－2000”家族概念的要求，实现不同
标准之间的互操作；系统结构的一致性使得设计的模块化思想能很好地实现，且这些模块具
有很大的通用性，能在不同的系统及升级时很容易地复用；由于系统结构功能的实现主要是
由软件来实现的，软件的生存周期决定了通信系统的生存期，这样就能更快地跟踪市场变化，
降低更新换代的成本。智能无线技术是第三代移动通信系统的关键技术之一，利用软件无线
电来实现智能天线，可以提高智能天线的性能。各种信号处理软件是软件无线电的关键，应
积极探索新的算法为更好地解决多频多模问题铺平道路。
    软件无线电技术是当今计算技术、超大规模集成电路和数字信号处理技术在无线电通信
中应用的产物。它在我国提出的第三代移动通信系统SCDMA中，应用就更广泛了。SCDMA系统
的基站和终端都采用了高速数字处理器和高速A／D变换器，处理速度高于每秒5千万次，全
部基带信号处理和变换都用软件来完成。在SCDMA中软件无线电将实现如下功能：
    （1）提供一个开放的模块化的系统结构；
    （2）智能无线的实现；
    （3）同步检测、建立和保持；
    （4）用户终端D－QPSK（差分正交移相键控）解调器中的载波恢复、频率校准和跟踪；
    （5）每码道功率的检测和发射功率控制的实现；
    （6）接收通道的电平检测和接收增益控制；
    （7）扩频调制和解调，包括WAtsH（沃什）码和PN（伪随机）码的产生；
    （8）语音编译码；
    （9）DTMF（双音多频）、MFC（多频编码）及各种信号的产生和检测；
    （10）信道编码、复接和分接；
    （11）发射脉冲成形滤波；
    （12）SWAP（交换）信令的差错检测；
    （13）接收信令的差错检测；
    （14）发射通道的数字预失真；
    （15）基站收发信机的校准。
    从上面可以看出软件无线电技术在第三代移动通信系统中的应用是非常广泛的，而且只
有软件无线电技术才能解决第三代移动通信系统中的多频多模手机与基站问题。
3第三代移动通信中的软件无线电的新进展
    第三代移动通信系统是一个极富挑战性与创造性的未来标准的构想，而软件无线电技术
是第三代移动通信系统的关键技术之一，故世界各国都投入巨大的力量研究软件无线电技术
在第三代移动通信系统中的应用，这样就推动了软件无线电的发展。特别是近几年来，软件
无线电的体系结构出现了一些新的发展趋势。