從數(shù)字無(wú)線(xiàn)電到軟件無(wú)線(xiàn)電

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1、從數(shù)字無(wú)線(xiàn)電到軟件無(wú)線(xiàn)電?中國(guó)移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇□北京郵電大學(xué)陳曦廖建新胡健棟數(shù)字無(wú)線(xiàn)電技術(shù)人類(lèi)文明的繼承和發(fā)展從來(lái)就是與信息技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步和突破密不可分的。自馬可尼于１９０１年第一次實(shí)現(xiàn)橫跨大西洋的無(wú)線(xiàn)通信開(kāi)始，無(wú)線(xiàn)通信作為一種實(shí)用的通信方式已有近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程。習(xí)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(lèi)。最初，信息是以模擬形式被描述和傳遞的，譬如語(yǔ)音和圖像信息等直接以調(diào)幅或調(diào)角的方式進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，這被稱(chēng)作模擬通信系統(tǒng)。模擬通信技術(shù)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(mǎn)足信道的容量約束和信噪比約束，數(shù)字信號(hào)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(lái)在數(shù)學(xué)領(lǐng)域取得的豐碩成果應(yīng)用到信息的編碼、糾錯(cuò)、判別等處理領(lǐng)域，為數(shù)字通信技術(shù)的迅猛發(fā)展提供了充足的理論工具；同時(shí)，信息的數(shù)字化描述為拓展通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)范圍，實(shí)現(xiàn)多種媒體的通信提供了廣闊前景。從概念上說(shuō)，數(shù)字通信技術(shù)從一開(kāi)始就具備了″數(shù)字無(wú)線(xiàn)電″的一定特征，因?yàn)橹辽俳邮諜C(jī)中基帶信號(hào)的后處理以及發(fā)射機(jī)中基帶信號(hào)的預(yù)處理是數(shù)字化的。但是，

3、現(xiàn)在″數(shù)字無(wú)線(xiàn)電″一詞更多地被用來(lái)描述那些將數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用于基帶信號(hào)處理、調(diào)制和解調(diào)、中頻甚至射頻信號(hào)處理的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。圖１所示為典型的采用數(shù)字無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的通信系統(tǒng)。為簡(jiǎn)便，我們?cè)O(shè)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(hào)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(hào)；在接收端，或直接將來(lái)自天線(xiàn)的射頻信號(hào)抽樣，或在中頻，或在基帶將信號(hào)抽樣為數(shù)字信號(hào)，而后送至數(shù)字信號(hào)處理模塊分析處理，恢復(fù)出原始信息。當(dāng)然，為構(gòu)成一個(gè)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(biāo)識(shí)。數(shù)字無(wú)線(xiàn)電的實(shí)現(xiàn)數(shù)字無(wú)線(xiàn)電技術(shù)是由若干項(xiàng)具體技術(shù)構(gòu)成的。目前，人們的研究重點(diǎn)放在智能天線(xiàn)技術(shù)、射頻或中頻抽樣技術(shù)、數(shù)控振蕩器技術(shù)、數(shù)字濾波器技術(shù)等方面。不難看出，數(shù)字無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)很大程度上取決于現(xiàn)代微電子技術(shù)的進(jìn)步。為實(shí)現(xiàn)收信機(jī)射頻信號(hào)的直接抽樣以及發(fā)信機(jī)射頻信號(hào)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(jī)工作在高信噪比下，這對(duì)Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ器件的有效位數(shù)提出了更高要求，一般應(yīng)在１０位以上；復(fù)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(wù)種類(lèi)，都要求有高性能的數(shù)字信號(hào)處理器件。在Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ器件上，一些價(jià)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(jià)格因素尚未普及。在數(shù)字信號(hào)處理模塊的實(shí)現(xiàn)上，基本的趨勢(shì)為ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ，數(shù)字信號(hào)處理器）和ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）、ＡＳＩ

6、Ｃ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ，專(zhuān)用集成電路）并舉，通用型ＤＳＰ和專(zhuān)用型ＤＳＰ并舉?？梢院?jiǎn)單理解為，ＤＳＰ以軟件方式，ＦＰＧＡ和ＡＳＩＣ以硬件方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)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(wú)線(xiàn)電的需要。ＤＳＰ可分為通用和專(zhuān)用兩大類(lèi)。通用的ＤＳＰ產(chǎn)品指令集較復(fù)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(dá)到ＧＩＰＳ（每秒１０９次）量級(jí)，如ＴＩ的ＴＭＳ３２

7、０Ｃ６ｘｘ系列。而專(zhuān)用ＤＳＰ為某特定算法而設(shè)計(jì)，指令集較為簡(jiǎn)單，速度也較快。目前應(yīng)用得較多的產(chǎn)品有Ｉｎｔｅｒｓｉｌ公司（原Ｈａｒｒｉｓ的半導(dǎo)體部門(mén)）的ＨＳＰ５０２１４／２１５、ＨＳＰ５００１６，Ｇｒａｙｃｈｉｐ公司的ＧＣ１０１２、ＧＣ４０１４，以及ＡＤ公司的ＡＤ６６２０／２２／２４等。由于專(zhuān)用ＤＳＰ的功能有限，靈活性不足，它們一般要和通用ＤＳＰ結(jié)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(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程成為可能。ＦＰＧＡ生產(chǎn)工藝的改進(jìn)迅速提高著它的門(mén)陣列數(shù)目，目前已達(dá)數(shù)百萬(wàn)門(mén)（如Ａｌｔｅｒａ公司的

8、ＡＰＥＸ２０Ｋ系列），其應(yīng)用也由最初的ＴＴＬ中規(guī)模電路的簡(jiǎn)單替代發(fā)展到對(duì)信號(hào)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(shuō)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(yǔ)言和編譯軟件的進(jìn)步上，硬件設(shè)計(jì)日益軟件化。目前，應(yīng)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