軟件無(wú)線電技術(shù)在3g中的應(yīng)用

《軟件無(wú)線電技術(shù)在3g中的應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、軟件無(wú)線電技術(shù)在3G中的應(yīng)用張玉良吳偉陵(北京郵電大學(xué)北京100876)摘要文章首先概括地介紹了軟件無(wú)線電的概念、實(shí)現(xiàn)的體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù),然后針對(duì)3G標(biāo)準(zhǔn)的大帶寬、高速率、多媒體要求以及采用智能天線、多用戶檢測(cè)、Turbo碼等技術(shù)帶來(lái)的挑戰(zhàn),重點(diǎn)討論了3G系統(tǒng)中采用軟件無(wú)線電技術(shù)的難點(diǎn)及當(dāng)前的進(jìn)展情況。關(guān)鍵詞軟件無(wú)線電多用戶檢測(cè)智能天線移動(dòng)通信當(dāng)前,蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展到第三代,3G系統(tǒng)進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行一方面需要解決不同標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)間的兼容性;另一方面為了適應(yīng)技術(shù)的飛速發(fā)展,3G無(wú)線通信系統(tǒng)要求具有高度的靈活性和擴(kuò)展升級(jí)能力。軟件無(wú)線電技術(shù)無(wú)疑是最好的解決方案。

2、本文以實(shí)現(xiàn)CDMA2000和W-CDMA雙模軟件無(wú)線電系統(tǒng)為切入點(diǎn),討論在3G系統(tǒng)中采用軟件無(wú)線電技術(shù)所面臨的技術(shù)難題。作為3G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)中的兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn),W-CDMA和CD2MA2000都采用碼分多址接入方式,且具有信道帶寬寬,數(shù)據(jù)速率多樣且支持高速率,不同業(yè)務(wù)采用信道編碼不同等共性,同時(shí),這兩種標(biāo)準(zhǔn)之間在碼片速率、信道帶寬和信道選擇碼等方面也存在差異。這些方面以及為了提高系統(tǒng)容量在3G中將采用的智能天線技術(shù)(SmartAntenna)、多用戶檢測(cè)技術(shù)(MUD)等,使得軟件無(wú)線電技術(shù)在3G系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用空間,同時(shí)面臨巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。1前言軟件無(wú)線電

3、是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元,通過(guò)高速總線或高速網(wǎng)絡(luò)等連接形成一個(gè)通用的數(shù)字式硬件平臺(tái),再通過(guò)軟件加載的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種類型無(wú)線通信系統(tǒng)的開放式體系結(jié)構(gòu)1,2。其基本思想是把A/D、D/A變換器放置在收/發(fā)信機(jī)的天線之后,用軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)線電系統(tǒng)的所有功能。典型的軟件無(wú)線電系統(tǒng)包括實(shí)時(shí)信道處理部分、準(zhǔn)實(shí)時(shí)的環(huán)境管理部分以及用于開發(fā)增強(qiáng)業(yè)務(wù)的在線和脫機(jī)軟件等2,圖1中給出了典型軟件無(wú)線電體系結(jié)構(gòu)的功能框圖。軟件無(wú)線電實(shí)現(xiàn)方式多樣,既可以利用ADC、FPGA、DSP和通用CPU形成具有SIMD和MIMD混合結(jié)構(gòu)的流水線方式來(lái)實(shí)現(xiàn),也可以在通用的PC機(jī)和工作站上實(shí)現(xiàn)

4、,甚至可以通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)利用網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)。無(wú)線電功能的軟件化使得采用軟件無(wú)線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的通信系統(tǒng)造價(jià)低廉、靈活性強(qiáng)。具有易于實(shí)現(xiàn)與不同的頻帶、帶寬和調(diào)制方式的通信系統(tǒng)的互聯(lián)、互通;系統(tǒng)的升級(jí)和嵌入新技術(shù)更方便;便于開發(fā)新的增值業(yè)務(wù);能更充分地利用有限的頻譜資源等優(yōu)點(diǎn)。因此,軟件無(wú)線電技術(shù)成為通信技術(shù)領(lǐng)域中的重要研究?jī)?nèi)容。2軟件無(wú)線電體系結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)軟件無(wú)線電實(shí)現(xiàn)的體系結(jié)構(gòu)可分為三種:傳統(tǒng)的流水線結(jié)構(gòu)、基于高速總線的體系結(jié)構(gòu)和建立在高速網(wǎng)絡(luò)上的基于交換的體系結(jié)構(gòu)1。流水線結(jié)構(gòu)匹配于通信系統(tǒng)的流水線串行處理機(jī)制,但是硬件平臺(tái)中的射頻、中頻和基帶處理等基本功能模

5、塊耦合過(guò)于緊密,難于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展;基于總線的體系結(jié)構(gòu)放寬了基本模塊間的聯(lián)系,各功能模塊通過(guò)統(tǒng)一的、開放的標(biāo)準(zhǔn)接口由開放的高速總線連接,因而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)靈活,開放性、通用性和可擴(kuò)展性強(qiáng),而缺點(diǎn)則表現(xiàn)在時(shí)分復(fù)用的總線利用機(jī)制與通信系統(tǒng)的流水線串行處理機(jī)制不匹配,多處理器間必須通過(guò)復(fù)雜的控制機(jī)制才能協(xié)同地實(shí)現(xiàn)無(wú)線電功能。軟件無(wú)線電的高速網(wǎng)絡(luò)交換方式是重要的發(fā)展方圖1典型軟件無(wú)線電系統(tǒng)框圖·40·電信科學(xué)2001年第11期向1。當(dāng)前實(shí)現(xiàn)的軟件無(wú)線電系統(tǒng)實(shí)際上是軟件定義的無(wú)線電,通常采用流水線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),下面結(jié)合流水線結(jié)構(gòu)介紹軟件定義無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)。軟件定義無(wú)線電的流水

6、線結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。由圖2中可見,軟件定義無(wú)線電通信系統(tǒng)主要包括模擬信號(hào)處理子系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理子系統(tǒng)兩部分。而A/D與D/A是模擬處理子系統(tǒng)和數(shù)字處理子系統(tǒng)。模擬信號(hào)處理子系統(tǒng)包括天線和射頻前端;數(shù)字處理部分進(jìn)一步分為高速中頻處理部分和基帶處理部分。(3)基帶與比特流處理部分關(guān)鍵技術(shù)基帶與比特流處理部分主要完成單一信道信號(hào)基帶可編程處理。包括調(diào)制/解調(diào)、編/譯碼、交織/去交織、擴(kuò)頻/解擴(kuò)、加/解密處理、信道均衡,定時(shí)、同步甚至信源編碼等。這部分要求具有高度的可編程、可重新配置特點(diǎn)。雖然數(shù)據(jù)速率比中頻低,但對(duì)于3G標(biāo)準(zhǔn)(如W-CDMA和CDMA2000),

7、由于數(shù)據(jù)速率本身較高(W-CDMA最低為3.84Mbit/s,CDMA2000最低為1.2288Mbit/s),同時(shí),信道譯碼方法、RAKE接收、多用戶檢測(cè)算法和智能天線技術(shù)等運(yùn)算量都很大,產(chǎn)生所謂DSP瓶頸。解決DSP瓶頸的方法是采用樹型結(jié)構(gòu)或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多處理器技術(shù)?；鶐幚聿糠钟煽删幊唐骷鏔PGA、DSP和通用CPU等結(jié)合實(shí)現(xiàn)。如何進(jìn)行無(wú)線電功能的劃分及將劃分后的功能映射到具有不同靈活性和處理特點(diǎn)的器件上(FPGA的靈活性比DSP和通用CPU差,但具有分布特點(diǎn)的大計(jì)算量算法適合在FPGA上實(shí)現(xiàn)),決定了整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能。(4)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電技

8、術(shù)要求軟件具有對(duì)硬件平臺(tái)的獨(dú)立性。實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)硬件獨(dú)立