现代通信技术之软件无线电论文.docx

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现代通信技术中的软件无线电技术研究

摘要

软件无线电技术是第三代移动通信系统TD-SCDMA中的核心技术之一。

TD-SCDMA特有的TDD双工模式使得数字信号处理量大大降低，软件无线电把系统的功能模块用数字信号处理技术（DSP）实现软件化，实现了系统整体的可编程性。

二者将相互融合、相得益彰。

采用软件无线电技术必定会使拥有中国自主知识产权的第三代移动通信标准TD-SCDMA具有更强的竞争力。

本文从3G系统和软件无线电技术的发展入手，重点论述在TD-SCDMA通信系统中的软件无线电技术的应用。

关键词：

软件无线电TD-SCDMATDDDSP

1引言

随着计算机、通信技术、微电子技术的发展，无线通信技术经历了从单工通信到双工通信、模拟通信到数字通信、FDMA到TDMA以及CDMA系统通信、固定通信到移动通信的快速发展历程。

但现代的无线通信系统仍存在许多局限性：

互不兼容的多种通信体制的并存造成互联的困难；不同制式的存在造成信源编码与解码、信道调制与解调、加解密、网络协议、通信组网等方式的差异；不同频段的使用既造成频率资源的紧张又造成相邻频道间的干扰越来越严重；移动环境的动态范围的非优化，导致物理层上处理器的不灵活等。

软件无线电作为实现通信的新概念和新体制，为解决上述问题提供了技术的支持。

它被视为继模拟和数字技术后的又一次电子技术革命，是当今计算机技术、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，是目前国内外的研究热点。

TD-SCDMA—TimeDivision-SynchronousCDMA,时分同步码分多址接入,其中CDMA是CodeDivisionMultipleAccess，码分多址访问技术。

它作为目前主流3G标准中惟一由我国自行提出并具有知识产权的国际标准，随着3G产业的发展日益引起通信行业的重视。

TD-SCDMA的发展和软件无线电技术的应用是密不可分的，二者的融合对改变我国移动通信产业现状，提高移动通信产业的自主创新能力和核心竞争力具有十分重要的意义。

2软件无线电概述

2.1软件无线电的概念

软件无线电（SoftwareRadio）顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。

软件无线电技术的重要价值在于:

传统的硬件无线电通信设备只是作为无线通信的基本平台,而许多的通信功能则是由软件来实现,打破了有史以来设备通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。

软件无线电技术的出现是通信领域继固定通信到移动通信,模拟通信到数字通信之后的第三次革命。

由于软件无线电技术可将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线,即将AD转换器尽量靠近RF射频前端,利用DSP的强大处理能力和软件的灵活性实现信道分离、调制解调、信道编码译码等工作，从而可为第二代移动通信系统向第三代移动通信系统的平滑过渡提供一个良好的无缝解决方案。

（1）软件无线电的定义

软件无线电是将模块化、标准化的硬件单元以总线方式连接构成基本平台，并通过软件加载实现各种无线电功能的一种开放式体系结构。

（2）软件无线电的特点

软件无线电系统可视为一种特殊的计算机系统，因为它类似于计算机系统，是由硬件和软件两大平台构成，但软件无线电系统在软、硬件平台以及软硬件构成等方面与一般的计算机系统也有明显的区别：

软件无线电系统的数据处理量大，实时性要求高，有着和无线电密切相关的射频接口，常常需要采用多处理器，多数据流工作，集计算、控制、管理和人机界面等于一体。

软件无线电的软件模块由各种算法库组成，通过加载软件算法或是升级软件就可以实现业务功能的扩张和采用新的通信标准。

所以，软件无线电具有充分数字化、灵活多编程、模块化设计、多频段转换、多业务支持等特点。

2.2软件无线电的体系结构

软件无线电所定义的结构是一个综合概念，它是基于宽带A/D/A、高速数字信号处理器芯片（DSP）及宽带天线技术，以软件为核心的体系结构。

移动通信中标准软件无线电结构移动单元应在无线电通信系统结构的基础上尽量地把软件应用到系统中去，实现系统整体的可编程性，把系统的功能模块用数字信号处理技术（DSP）实现软件化。

这也引出了设计软件无线电体系结构的基本思想，即把宽带模数变换器（A/D）及数模变换器（D/A）尽可能地靠近射频（RF）天线，将整个射频段或中频段进行A/D变换，建立一个具有“A/D-DSP-D/A”模型的通用的、开放的硬件平台，在这个硬件平台上尽量利用软件技术来实现电台的各种功能模块。

3TD-SCDMA对软件无线电技术的需求

3.13G系统中软件无线电的国内外研究

目前，软件无线电概念早已从数字电台的应用中衍生出来应用到不同的无线系统，而在3G系统（基站、手机）中更是希望能够以软件无线电作为基本平台，同时兼容几种不同的3G标准。

应用软件无线电技术，3G通信系统可以自动检测接收信号，也可接入不同的网络，而且能满足不同接续时间的要求。

软件无线电技术可用不同的软件来实现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。

采用不同软件即可适应不同的标准，以构成多模手机和多功能基站，具有高度的灵活性。

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，它能提供宽带业务实现全球无缝覆盖。

该系统具有以下特点：

（1）提供全球无缝覆盖；

（2）提供多媒体业务（速率高达2Mbps）；

（3）适应多种业务环境：

蜂窝、无绳、卫星移动、PSTN数据网、IP等；

（4）具有单一个人通信号码；

（5）提供高质量服务、按需要分配带宽；

（6）多频多模通用手机；

（7）频谱利用率高、容量大；

（8）网络结构能适应有线、无线多种业务要求；

（9）系统起始配置能充分利用第二代设备，随后可平滑升级。

在上述诸多特点中，核心问题是提供不同环境下多媒体业务及提供全球覆盖，因而它要求实现多种网络的综合，又适应多种业务环境，且与第二代系统兼容便于升级。

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。

软件无线电为通信系统提供一种新型的结构，在一个完全可以编程的的硬件平台上，注入不同的软件就形成不同标准的移动用户终端（手机）和基站，从而保证了各种移动设备之间的无缝集成。

因此软件无线电以其独特的优势让世界各国都投入了大量人力物力研究它在未来移动通信中的应用。

中国提交的第三代移动通信系统TD-SCDMA相对于cdma2000和WCDMA而言，在3G标准中处于相对劣势的位置，因为将要建立的TD-SCDMA通信系统是一个全新的系统；cdma2000通信系统将以原有的第二代CDMA系统为基础，实现平滑过渡；欧洲将从现有的GSM系统向WCDMA通信系统发展。

目前，全球移动通信市场中已存在的庞人用户基础群中，部分用户将继续使用第一代系统（CDMA和GSM），部分用户将选择使用cdma2000和WCDMA系统，这些既有的网络和用户对于新出现的TD-SCDMA系统来说是相当不利的。

因此，设计和开发TD-SCDMA通信系统，必须依托灵活、可重构的软件无线电平台：

一方面可以兼容多种无线标准，体现TD-SCDMA的优势；另一方面可以有效规避开发、投资风险。

3.2软件无线电在TD-SCDMA中的功能实现

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转换器，处理速度高达5000万次/秒，全部基带信号处理和变换都用软件来完成。

在我国的TD-SCDMA移动通信技术中，响亮地提出了利用软件无线电技术完成设计的观点。

SCDMA（同步码分多址）是一种同步的直接扩频CDMA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通信技术。

其中软件无线电是TD-SCDMA的核心技术之一。

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）智能天线的实现；

（3）同步检测、建立和保持；

（4）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）扩频调制与解调，包括Walsh（沃尔什）码和PN（伪随机）码的产生；

（8）语音编译码；

（9）DTMF（双音多频）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。

可以看出软件无线电技术在TD-SCDMA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多频多模及网络互通问题。

正因如此，软件无线电和TD-SCDMA的融合是必然的。

特别是近几年来软件无线电的发展呈现出新的趋势，主要体现在体系结构层次化、软件模块化、结构数学分析化、计算机化、网络化、信息安全化等方面。

可以相信软件无线电技术将随着技术的发展日臻完善，其对TD-SCDMA通信系统的推动作用不可估量。

4软件无线电技术在TD-SCDMA的应用

由于TD-SCDMA系统的TDD模式和低码片速率的特点使得数字信号处理量大大降低，适合采用软件无线电技术在通用芯片上用软件实现专用芯片的功能。

采用软件无线电技术降低了系统设备的成本，提高了系统的灵活性，适应多业务环境且与第二代通信系统兼容便于平滑升级。

5软件无线电与TD-SCDMA不对称数据业务的实现

TD-SCDMA通信系统可以根据上、下行业务量来自适应调整上、下行时隙个数。

实现对不对称数据业务的支持，这对于IP型的数据业务比例越来越大的今天尤其重要。

TD-SCDMA将5ms的子帧分解为7个主时隙和3个特殊时隙：

下行导引时隙（DwPTS）、上行导引时隙（UpPTS）和保护时隙（GP）。

TS0和TS1分别用作下行和上行链路，其他时隙可以根据转换点的灵活配置来确定时隙类型。

TD-SCDMA系统的帧结构如图5所示。

图5TD-SCDMA系统的帧结构

软件无线电的应用可以使TD-SCDMA系统根据移动终端用户的不同业务需求灵活分配时隙，同时软件算法可以高效、可靠地保证时隙分配的准确性。

使得3G的不对称数据业务（移动Internet接入、IP多媒体域业务、流媒体业务等）获得更高的利用率。

结论

软件无线电是一门跨学科的研究领域，它涉及电子技术、通信原理、网络技术、软件技术、信息科学和数字信号处理理论等学科；它有极大的灵活性，对通信、网络、整个电子领域都有极大的适应性。

我国提交的TD-SCDMA方案要想得到推广，应该在软件无线电技术的应用上更加广泛和灵活，在智能天线技术、DSP芯片处理速度、软件编程能力及信源信道联合编码技术方面要有很大的发展和突破，才能赢得用户的认可。

软件无线电技术在TD-SCDMA通信系统中的应用，可以克服微电子技术的不足。

通过软件方式，灵活完成硬件/专用ASIC的功能。

通过加载不同的软件，实现不同的业务功能，支持采用不同空中接口的多模手机和基站，还可以通过对软件的升级来实现系统功能的增加。

总之，软件无线电的发展将加快第三代移动通信系统标准TD-SCDMA的实际应用。

参考文献

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人民邮电出版社，2003.3-22.

[2]潘涛，等．第三代移动通信系统TD-SCDMA的核心技术[J]．通信技术，2002.

[3]钮心忻，杨义先．软件无线电技术与应用[M]．北京邮电大学出版社，2000.6-20.

[4]陈祝明.软件无线电技术基础[M].高等教育出版社，2001.3-18.