软件无线电在中兴基站中的应用

三、研究内容和关键技术

天线

软件无线电台要求能够在从短波到微波相当宽的频段内进行工作，所配备的天线也必须能够覆盖整个频段。最好能研制出一种新型的全向宽带天线，可以根据实际需要用软件智能地构造其工作频段和辐射特性，能够覆盖所有常用的无线通信频段，并且在整个频段和方向上都具有近似相同的接收特性和很低的功率损耗，这是软件无线电天线研制的最终目标。但是以目前国内外宽带天线的技术水平，设计制造这样的全频段全向天线是很不现实的。

多载波功率放大器（MCPA)
理想的软件无线电在发送方向上把多个载波合成一路信号，经过上变频后，用一种多载波信号功率放大器（MCPA），对宽带的模拟混合信号进行放大。因为混合信号中信号与信号的包络幅度相差很大，所以对放大器的非线形特别敏感。MCPA采用前向反馈技术抑制不需要的互调载波，得到有效的功率利用率。
　
3、高速宽带A/D、D/A变换
数字化是软件无线电的基础，模拟信号必须经过采样转化成数字信号才能用软件进行处理；而生成的数字信号也需要变换成模拟信号才能进行射频放大输出，完成这些功能的就是各种A/D、D/A转换器件。
A/D转换器的主要性能包括采样速率和采样精度。理想的软件无线电台是直接在射频上进行A/D变换，要求数/模转换器件必须具有足够的采样速率。根据Nyquist采样定理，要不失真的反映信号特征，采样频率fs至少也要是模拟信号带宽Wa的两倍。为了保证性能，在实际应用中经常进行过采样处理，要求fs> 2.5Wa。
A/D/A器件在软件无线电台中所处的位置是非常关键的，它直接反映了软件电台的软件化程度。随着技术的发展，数/模器件的性能将逐步提高，其位置也就越来越接近于天线，最终将达到软件无线电的理想目标。
　
5、并行DSP处理器
数字信号处理芯片（DSP）是软件无线电所必需的最基本的器件，软件对数字信号的处理都是在DSP上进行的。中频以下主要包括三个部分：基带处理、比特流处理和信源编码。基带部分主要完成各种波形的调制解调、扩频解扩以及信道的自适应均衡和各种同步的数字处理，每路需要几十到几百个MIPS的处理能力。比特流处理主要完成信道编解码（软判决译码）、复用和分解或交换、信令、控制、操作和管理以及加密解密等功能。每路需要几十个MIPS的处理能力。信源编码部分要完成的功能包括话音、图像的编码算法，每信道需要十几个MIPS的处理能力。要完成如此巨大的信号处理运算，必须采用多DSP并行处理结构才有可能实现。
用于软件无线电的DSP必须满足下列要求：

运算速度快。软件电台要求在射频或中频对数字信号进行数字处理，需要很大的运算量，普通处理器不能胜任。因此DSP必须具有高速的指令执行速度，同时还要具备功能强大的指令系统，支持单周期内完成常用的浮点运算和逻辑运算的能力。

高精度的数据处理。由于数字信号处理中所固有的量化效应和有限长寄存器效应的影响，在实际处理过程中会产生误差，并随着运算的增加逐渐积累。要求数据一定要具备足够的精度并且处理器支持高精度运算，才能尽可能减小这些误差，DSP至少也要支持32位浮点运算的能力。

高速数据交换能力。软件无线电台在工作时，各个处理模块之间需要进行大量的数据交换，DSP芯片总线必须能够提供足够的数据传输和I/O吞吐能力，才能保证对信号进行实时处理。

支持几百个SHARC同时工作。

DSP技术的发展将使软件电台的软件化程度和性能逐渐提高，最终实现无线电台全软件化的目标。研制速度更高和功能更强大的DSP芯片也是影响软件无线电发展的关键。


四、软件无线电技术在中兴基站的具体应用


传统的基站窄带超外差接收机是一种模拟电路和数字电路的混合型系统结构，如图2所示。

图2 传统的接收机结构

在这种接收机结构中，它的前端全部采用模拟信号。对模拟信号的数字化采样处理仅仅是在基带部分的DSP处理前才进行。每个接收信机中都有一套相同的从射频RF变换到基带信号的设备。如果要增加一路载波，就要添加一整套重复的设备。这种传统结构的优点在于技术比较成熟，模拟的低损耗的RF器件和IF器件比较容易实现。但是，其最大的缺点是在功能实现上对硬件的依赖性很强，缺乏可编程性，所以这种接收机一般用于窄带（单信道）处理。
在GSM移动通信系统设计中，要求接收支路的动态范围很高。为了符合系统指标，有两种传统的解决方案：高低支路增益方案和快速AGC方案。为了减小电路的复杂程度，一般较多地在中频电路中采取AGC控制方案来实现接收机的动态范围控制（如图3）。但是，AGC的响应速度必须适应每个时隙的要求。

所以，目前在中频进行A/D转换模拟信号的完成数字化处理，采用的结构多由专用的通信处理芯片和通用的DSP器件构成。采用软件无线电方案示意图如图4所示。