從數(shù)字無線電到軟件無線電

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1、從數(shù)字無線電到軟件無線電?中國移動通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇□北京郵電大學陳曦廖建新胡健棟數(shù)字無線電技術人類文明的繼承和發(fā)展從來就是與信息技術領域的進步和突破密不可分的。自馬可尼于１９０１年第一次實現(xiàn)橫跨大西洋的無線通信開始，無線通信作為一種實用的通信方式已有近一個世紀的發(fā)展歷程。習慣上我們根據(jù)信源信息描述形式的不同，將通信系統(tǒng)劃分為模擬和數(shù)字兩大類。最初，信息是以模擬形式被描述和傳遞的，譬如語音和圖像信息等直接以調(diào)幅或調(diào)角的方式進行調(diào)制解調(diào)，這被稱作模擬通信系統(tǒng)。模擬通信技術的發(fā)展造就了今天廣播和電視的普及。１９４８年

2、，Ｓｈａｎｎｏｎ發(fā)表了其著名的信道編碼理論，指出只要滿足信道的容量約束和信噪比約束，數(shù)字信號在理論上就能夠以任意低的誤碼率傳輸。這揭示了信息數(shù)字化描述的巨大好處，它允許人們將多年來在數(shù)學領域取得的豐碩成果應用到信息的編碼、糾錯、判別等處理領域，為數(shù)字通信技術的迅猛發(fā)展提供了充足的理論工具；同時，信息的數(shù)字化描述為拓展通信系統(tǒng)的業(yè)務范圍，實現(xiàn)多種媒體的通信提供了廣闊前景。從概念上說，數(shù)字通信技術從一開始就具備了″數(shù)字無線電″的一定特征，因為至少接收機中基帶信號的后處理以及發(fā)射機中基帶信號的預處理是數(shù)字化的。但是，

3、現(xiàn)在″數(shù)字無線電″一詞更多地被用來描述那些將數(shù)字信號處理技術應用于基帶信號處理、調(diào)制和解調(diào)、中頻甚至射頻信號處理的無線通信系統(tǒng)。圖１所示為典型的采用數(shù)字無線電技術的通信系統(tǒng)。為簡便，我們設原始信息為數(shù)據(jù)流。在發(fā)射端，輸入的數(shù)據(jù)流在數(shù)字信號處理模塊被編碼、調(diào)制后，經(jīng)Ｄ／Ａ變換器形成中頻或射頻信號；在接收端，或直接將來自天線的射頻信號抽樣，或在中頻，或在基帶將信號抽樣為數(shù)字信號，而后送至數(shù)字信號處理模塊分析處理，恢復出原始信息。當然，為構成一個完整的通信系統(tǒng)，尚需帶通濾波器、混頻器、射頻功放、低噪聲放大器以及雙工器

4、等部件，這些在圖１中已有標識。數(shù)字無線電的實現(xiàn)數(shù)字無線電技術是由若干項具體技術構成的。目前，人們的研究重點放在智能天線技術、射頻或中頻抽樣技術、數(shù)控振蕩器技術、數(shù)字濾波器技術等方面。不難看出，數(shù)字無線電技術的實現(xiàn)很大程度上取決于現(xiàn)代微電子技術的進步。為實現(xiàn)收信機射頻信號的直接抽樣以及發(fā)信機射頻信號的直接輸出，要求Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ變換器能工作在ＧＨｚ頻段上；系統(tǒng)日益提高的多址能力要求收發(fā)信機工作在高信噪比下，這對Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ器件的有效位數(shù)提出了更高要求，一般應在１０位以上；復雜的信道編譯碼，高速的基帶速率，以及日

5、益豐富的業(yè)務種類，都要求有高性能的數(shù)字信號處理器件。在Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ器件上，一些價格較低廉的產(chǎn)品已能工作在中頻頻段，典型的產(chǎn)品如ＡＤ公司的ＡＤ９４３２（１２，１００ＭＳＰＳＡＤＣ），ＡＤ９７７２（１４位，３００ＭＳＰＳＤＡＣ）等。而Ｍａｘｉｍ、ＡＤ和ＴＲＷ等公司均宣布了ＧＨｚ頻段的產(chǎn)品，只是由于價格因素尚未普及。在數(shù)字信號處理模塊的實現(xiàn)上，基本的趨勢為ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ，數(shù)字信號處理器）和ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ，現(xiàn)場可編程門陣列）、ＡＳＩ

6、Ｃ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ，專用集成電路）并舉，通用型ＤＳＰ和專用型ＤＳＰ并舉?？梢院唵卫斫鉃椋模樱幸攒浖绞?，ＦＰＧＡ和ＡＳＩＣ以硬件方式實現(xiàn)數(shù)字信號處理算法。由于ＤＳＰ和ＦＰＧＡ均具備可編程能力，它們比較適合下文所述的軟件無線電的需要。ＤＳＰ可分為通用和專用兩大類。通用的ＤＳＰ產(chǎn)品指令集較復雜，功能較全面，ＴＩ、ＡＤ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ、Ｌｕｃｅｎｔ等公司均有系列的通用ＤＳＰ產(chǎn)品。在速度上，通用ＤＳＰ已能達到ＧＩＰＳ（每秒１０９次）量級，如ＴＩ的ＴＭＳ３２

7、０Ｃ６ｘｘ系列。而專用ＤＳＰ為某特定算法而設計，指令集較為簡單，速度也較快。目前應用得較多的產(chǎn)品有Ｉｎｔｅｒｓｉｌ公司（原Ｈａｒｒｉｓ的半導體部門）的ＨＳＰ５０２１４／２１５、ＨＳＰ５００１６，Ｇｒａｙｃｈｉｐ公司的ＧＣ１０１２、ＧＣ４０１４，以及ＡＤ公司的ＡＤ６６２０／２２／２４等。由于專用ＤＳＰ的功能有限，靈活性不足，它們一般要和通用ＤＳＰ結合使用。ＤＳＰ的發(fā)展另一方面表現(xiàn)為編譯軟件的優(yōu)化，使得用高級語言進行編程成為可能。ＦＰＧＡ生產(chǎn)工藝的改進迅速提高著它的門陣列數(shù)目，目前已達數(shù)百萬門（如Ａｌｔｅｒａ公司的

8、ＡＰＥＸ２０Ｋ系列），其應用也由最初的ＴＴＬ中規(guī)模電路的簡單替代發(fā)展到對信號處理模塊以至子系統(tǒng)的集成。最近有人提出了ＳｙｓｔｅｍＯｎａＣｈｉｐ的概念，形象說明了ＦＰＧＡ卓越的集成能力。ＦＰＧＡ的發(fā)展另一方面同樣表現(xiàn)在硬件描述語言和編譯軟件的進步上，硬件設計日益軟件化。目前，應用較多的ＦＰＧＡ產(chǎn)品包括Ａｌｔｅｒａ公司的ＦＬＥＸ和ＡＰＥＸ系列，Ｘｉｌｉｎｘ公司的Ｖｉｒｔｅｘ系列等。以往的概