基于软件无线电技术的4G通信研究

运营探讨

摘要：介绍了软件无线电技术的组成结构及其典型的平台设计方案．结合新一代的４Ｇ通信理念．强调了软件无线电技术在未来信息通信中的重要性及面临的挑战。

１．１软件无线电的关键技术

软件无线电系统结构如图一所示阁

关键词：４Ｇ；软件无线电；ＤＳＰ

中图分类号：ＴＮ９２９．５

文献标识码：Ｂ

图ｌ软件无线电系统结构图

文章编号：１６７３—１１３１（２００８）０３－０５７—０３

其关键技术主要有：

前言

２０世纪末出现的因特网．标志着人类社会进入到一个

（Ｉ）多频段宽带天线

天线部分应能够覆盖全部无线电的通信频段（ｏ．３ＭＨｚ一３ＧＨｚ）．要求每个频段的特性均匀，以满足各种业务的需

崭新的信息化时代．在这个新的科技时代人们对信息的需

求急剧增加．信息量象原子裂变一样呈爆炸式增长，传统的通信技术已经很难满足不断增长的信道容量的要求。４Ｇ通信将提供以太网的接入速度（如１０Ｍｂ／ｓ）．把３Ｇ通信和ＷｉＭａｘ技术结合在一起．充分提供集成无线局域网和广域网的服务川。软件无线电技术广泛应用于无线电通信领域，由于其优良的特点，很快渗透到整个无线移动通信领域．特

求。主要包括组合式多频段天线及智能化天线技术。

（２）射频部分

射频部分要求工作频率高、带宽宽，皮与Ａ／Ｄ或Ｄ／Ａ转换器匹配，在发射时主要完成上变频．滤波．功率放大等任务；接收时实现滤波．放大，下变频等功能，采用高频模拟器件实现，并用软件对其功能和参数进行设置。主要有模块化．通用化收发双工技术．多倍频程宽带低噪声放大器技术。

（３）Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａ部分

别是在即将走向商用前夕的第四代移动通信领域的应用。

作为４Ｇ通信的关键技术，软件无线电技术再一次证明了它在通信领域中的的优越的灵活性．智能性．兼容性。

在软件无线电的中心思想中．宽带高速Ａ／Ｄ转换器必

一．软件无线电技术

软件无线电（ＳＤＲ）是２０世纪９０年代初提出的通信新概

须尽可能地靠近射频天线．最大限度地进行数字化处理．这就要求Ａ／Ｄ．Ｄ／Ａ转换器有较高的采样速率．足够的带宽和较高的采样精度．并要满足奈奎斯特抽样定理。实际应用中一般采用低分辨率的Ａ／Ｄ转换器．当Ａ／Ｄ技术不

念和新技术。其中心思想是构建一个具有开放性，标准化．

模块化的通用数字硬件平台．通过实时的软件控制．实现各种无线电系统的通信功能，并使宽带模数转换器（Ａ／Ｄ）及

能满足要求时．可以采用并行Ａ／Ｄ转换的方法以保证较宽

的动态范围。

（４）数宇信号处理器

数模转换器（Ｄ／Ａ）等先进的模块尽可能地靠近射频天线的

要求。

万方数据

数字信号处理器是软件无线电所必须的基本器件．对数字信号的处理任务全由ＤＳＰ承担。主要包括数字上下变频、中频数字滤波．基带数字滤波．调制／解调、信道均衡、交织／去交织．定时、同步，信源编／解码．数据加／解密；跳频／解跳．扩频／解扩等功能．要完成如此巨大的信号处理运算，必须采用高速ＤＳＰ芯片。从当前芯片的制造水平看．可采用数字信号处理技术ＤＳＰ．专用集成电路ＡＳＩＣ、可编程门阵歹ＵＦＰＧＡ以及这几种技术的结合来提高数据处理能力。

（５）软件技术

软件是软件无线电的“灵魂”，要求对硬件平台具有独立性．以便硬件模块的更换和软件升级，因此软件的开发要采用模块化．结构化设计。软件技术中还包括软件下载问题，给出的要求是快速．易于使用．安全可靠。目前考虑的有静态下载方式．伪静态下载方式．动态下载方式．当然还要考虑软件下载的论证．安全和协议等等。

样的运算速度下完成同样的功能时，ＦＰＧＡ的功率消耗比ＡＳＩＣ要大得多。

（３）采用通用的运算芯片

采用通用ＣＰＵ也是处理大量数据的一种方法。由于市场因素的推动，当今ＣＰＵ技术已经比较成熟。而且具有较快的运算速度，并且由于计算机（ＰＣ或工作站）的操作系统相对成熟．软件编制与调试比较容易，因此使用通用的工作站或ＰＣ来对数据进行处理也是可行的办法由麻省理工学院（ＭＩＴ）进行的ＶｉｒｔｕａｌＲａｄｉｏ系统研究正是基于这种结构进行的。

（４）采用参数可定制的ＡＳＩＣ芯片

实现对速度要求比较高的特定功能时．为了达到要求的运算速度．且消耗较少的功率．可以选择使用ＡＳＩＣ来处理。例如．要实现某个对运算速度要求较高的ＦＩＲ滤波器时，由于选用了参数可定制的ＡＳＩＣ，滤波器的阶数和滤波器系数都可以通过软件编程来输入。这样对于不同的应用场合，只需要进行软件程序上的更新就可以满足新的需求。

２．２典型的软件无线电平台的设计

由于当前技术的限制．ＳＲ技术的实现除少数载波频率较低的应用外．一般无法采用射频直接采样的方法，而是折中为中频、基带或者是射频带通采样等实现方法。随着技术的进步．最终能够实现对射频信号的直接数字化采样，即理想的ＳＲ。当前的制约因素除了ＡＤＣ的转换速度之外．更为关键之处在于后续数字处理平台的运算速度。随着采样速率的不断提高和信号处理算法的日益复杂，后续需要的运算量呈几何级数增加。因此．在数字处理平台的发展过程中出现了许多不同结构ｐ１。

（１）采用通用ＤＳＰ芯片

采用通用ＤＳＰ处理芯片是最传统的处理方法．同时由于大量源代码的积累和软件开发语言的易于使用，ＤＳＰ成为了开发周期最短的器件之一。但由于其结构的限制，ＤＳＰ大多数指令只能串行进行处理．因此对于需要较大处理量的运算，在单核的ＤＳＰ芯片上，只有通过提高时钟频率的方法来进行，但这带来了更多的功率消耗。

（２）采用可重配置的ＦＰＧＡ芯片

目前ＦＰＧＡ芯片的设计成熟度还不如ＤＳＰ芯片，采用ＦＰＧＡ芯片进行设计的优点在于ＦＰＧＡ能够快速完成需要进行并行处理的运算，符合现代信号处理的发展趋势．并且由于ＦＰＧＡ芯片具有可重配置的特性．所以开发的成本与工作量Ｉ：ＫＡＳＩＣ／Ｊｓ很多。为了达到通用可重配置性，在完成同样的逻辑功能时，ＦＰＧＡＥＬＡＳＩＣ需要更多的晶体管，这就给ＦＰＧＡ内部的布局．布线带来了压力。也正因为如此，在同

二．４Ｇ通信

随着近年来３ＧＰＰ各版本标准的逐一制定完成，特别是Ｒ９９版本已相对成熟．３Ｇ网络的建设呈现出一触即发的势头．而３Ｇ牌照的发放将极有可能成为我国３Ｇ建设的触发点。然而，由于３Ｇ系统本身所具有的局限性已经引起人们的注意．因此世界通信业界的专家们已将目光更远的放向了”后３Ｇ技术“（ＩＭＴ－－２０００Ｂｅｙｏｎｄ）．也可以称为４Ｇ甚至是５Ｇ技术。在４Ｇ通信系统中．各种针对不同业务的接入系统

通过多媒体接入系统连接到基于ＩＰ的核心网中．形成一个

公共的．灵活的，可扩展的平台，网络的连接如图二所示。

图二系统网络结构

新一代４Ｇ通信技术具有很高的传输速率和传输质量

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万方数据

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ｆ运营探讨

未来的移动通信系统应该能够承载大量的多媒体信息，因

的技术支持，为４Ｇ通信系统的真正实施提供了良好的技术保障。

此要具备５０—ｌＯＯＭｂｉｔ／Ｓ的最大传输速率，非对称的上下

行链路速率．地区的连续覆盖．ＱｏＳ机制．很低的比特开销等功能。４Ｇ通信能使各类媒体．通信主机及网络之间进行”无缝“连接．使得用户能够自由的在各种网络环境问无缝漫游，并觉察不到业务质量上的变化．因此新的通信系统要具备媒体转换．网问移动管理及鉴权，Ａｄｈｏｃ网络（自组网）、代理等功能。４Ｇ通信在移动终端．业务节点及移动网络机制上具有“开放性”，使得用户能够自由的选择协议、应用和网络．让应用业务提供商（ＡｓＰ）及内容提供商能够提供独立于操作的业务及内容。使定位信息和计费信息能够在各个网络和各类应用之间共享。改良的安全机制能够作用于广泛的功能范围。４Ｇ通信是一个高度自治．自适应的网络．具有很好的重构性．可变性、自组织性等，以便于满足不同用户在不同环境下的通信需求。

在４Ｇ通信众多关键技术（ＯＦＤＭ技术，多用户检测技术，智能天线技术，多入多出天线技术等）之中．软件无线电技术是通向未来４Ｇ通信的桥梁。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通信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．下一代网络的核心协议。

在普通的通信系统中．只能采用一个通用平台，可以通过软件的重新编程．来适应不同的标准和协议，来解决不同系统和协议之间的兼容问题【４】。因此．软件无线电由于其具有良好的可重构性．通过重新编程可以很方便地解决这个问题。

因此ＩＰｖ６技术将成为

参考文献

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【４】王东，软件无线电，计算机技术与发展，２００６

（１２）：８３～８５；

作者简介

奠晏光，男，１９５４年４月生，广东工程职业技术学院，工程师。主要研究厅向：电子产品设计及开发，单片机应ＪＩｊ及教学。

苏佳佳（１９７８－－）．女，广东工程职，Ｊｋ６支术学院，助教，主要从事新型电子功能材料与器件研究

三．未来展望

４Ｇ通信系统所运用的各种核心技术还不完善，而这些技术的逐步完善是一个长期的过程．要顺利地把４Ｇ通信系统投入到实际应用．会遇到技术和市场等很多方面的挑战．关键是对整个通信系统整合技术的掌握。软件无线电

凭着其优越的灵活性．智能性．兼容性为４Ｇ通信提供了有效

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