SDR--未來無線通信設備的基本概念

2020-12-05 電子產品世界


關鍵詞：軟體定義無線電（SDR）；優勢；挑戰；

Key Words: Software Defined Radio (SDR); Advantage; Challenge

中圖分類號(CLC number)：TN929.5

文獻標識碼(Document code)：A

文章編號(Article ID)：1009-9336(2001)04-0066-10

1 引言


　　在筆者前一篇文章中[1]，對移動通信技術的發展方向進行了討論和介紹。本文將著重介紹其中最具有革命性的軟體定義無線電技術。

　　眾所周知，在過去的20年內，無線通信技術取得了空前的高速發展。而21世紀的來臨，又以第三代移動通信為代表，為無線通信的進一步大發展開闢了一個新天地。綜觀這20餘年無線通信技術的發展，可以看到如下特點：


　　 多址方式從頻分多址(FDMA)到時分多址(TDMA)，再進步到碼分多址(CDMA)；
　　 每一代的技術均集中到相應的國際標準中，而標準的核心是無線傳輸技術(RTT)；
　　 產品均按某一種特定的標準來開發和生產，並提供特定的服務；
　　 產品的生產都依靠專用晶片，技術均固化在專用晶片內。


　　通過近20年的發展，移動通信已成為通信領域最活躍，市場份額最高的部分產業，也成為國際上市場競爭最激烈的部分。


　　但是，此傳統的思路和產品開發及生產方式，已表現出不少問題，譬如：


　　 產品是針對特定的標準中一個版本來開發和製造的。當新技術出現或版本升級或提供新業務時，只能開發新的專用晶片，製造新一代的設備。其結果不是限制了新技術和新業務的使用，就是給製造商、運營商帶來更大的投資風險，給用戶帶來諸多不便；


　　 用此傳統思路，必然要求全球統一標準，但又難以實現。由於各國的經濟利益，全球統一標準幾乎是不可能的，反之，標準的種類還在不斷增加。這樣，造成頻率的分配、管理更為困難，需要的頻率資源增加，多頻多模手持機製造困難，成本增加，而什麼時候能實行真正意義的全球漫遊，誰也說不清楚；


　　 現代技術進步越來越快，在第三代移動通信還沒有正式商用前，ITU已經在考慮由於技術進步所不得不進行的標準更新問題。由於前述原因，僅僅是標準升級和更新的程序就很難通過。這也在一定程度上影響了第三代移動通信設備的開發與製造，特別表現在由於技術進步，導致用戶終端的開發(主要是專用晶片的開發)進度緩慢，第三代移動通信投入商用的時間推遲。


　　面對此問題，國際上，主要是美國，已經進行了大量的研究。典型的是麻省理工學院(MIT)的一個研究小組在徵詢了大量無線通信技術和產業界專家後所得到的結論：77%的專家認為，軟體定義無線電(Software Defined Radio, 簡稱SDR)必將是一個解決全球無線通信需求的方案。1999年，美國FCC就開始組織有關專家對SDR進行研究；2000年3月，發表了一份文件[2]，對SDR的定義、要求和相關問題統一了認識，並倡導各公司和研究機構開發此技術。在SDR論壇，發表了大量討論和見解[3]、[4]。2000年10月，美國代表團將它作為第三代後移動通信技術的發展方向，提交ITU-R WP8F會議並獲得通過[1]。


　　本文的主要目的就是根據國際上的討論和公開發表的信息，向讀者介紹下一時期國際上移動通信技術的這個發展方向，為通信主管部門、研究開發部門、運營商和製造商的決策提供參考。

2 SDR的定義和要求

　　在過去幾年，我們經常談到軟體無線電(Software Radio, 簡稱SR)，其概念是對接收到的信號或準備發射的信號在儘可能接近天線的地方實現數模(D/A)或模數(A/D)轉換，用軟體通過DSP、FPGA等可編程器件來實現硬體的功能。在通常意義上，軟體無線電是實現某種特定的無線通信設備的一種手段。

　　而SDR的概念則要深刻得多，它是一個系統和體系的概念。SDR的無線通信設備考慮的是一個系統，它必須具有可重新編程和可重構的能力，使此設備可以使用於多種模式(標準)、多個頻帶和多種功能。它不僅僅使用如軟體無線電中的可編程器件來實現基帶數位訊號處理，還將對射頻及中頻的模擬電路進行編程和重構。SDR將是無線通信領域內一個革命性的概念。


　　目前人們對使用SDR的無線通信系統或設備，提出了如下的功能要求：


　　1． 重新編程及重新設定的能力；


　　 SDR設備可以被快速、簡便地重新編程及重新設定，以支持任意傳輸形式的應用和在任何頻率上的傳輸或接收；


　　 重新編程及重新設定能力可實現用同一設備支持不同蜂窩技術、個人通信系統和其他無線業務在世界範圍內使用。


　　2． 提供並改變業務的能力


　　 採用SDR設備，用戶不但可以支持傳統業務並且可以支持新業務；


　　 空中下載軟體的概念可以保證用戶可獲得最新的業務服務。


　　3． 支持多標準的能力


　　 SDR能更好地體現互操作性這一概念，以支持多頻段及多標準工作的無線通信系統；


　　 在公共安全和緊急事件處理部門，採用SDR技術支持多頻段通信；


　　 SDR能使無線運營商在基本不更換基站硬體的條件下，實現系統的版本更新、標準更新及升級換代。通過軟體來定義出一個新的無線通信系統。


　　4． 智能化頻譜利用


　　 SDR可提高頻譜利用率和頻率共享，可以靈活地接入到新頻段；
　　 SDR設備具有智能功能，它可以監測其他設備使用的頻譜，並在空閒頻段上進行傳輸；
　　 SDR可以大大降低頻率分配的困難和頻率分配的風險。

　　總地說來，SDR是一個全新的，實現未來移動通信設備的概念和體系結構。它本身並不是一種孤立的技術，而是為所有新技術使用的公共平臺。

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