SDR--未来无线通信设备的基本概念

到用户设备升级的目的。只有这样，用户才不需要关心他所在的地区和运营商的问题而实现真正意义的全世界漫游。用户也才有可能获得他所希望得到的新业务。

4 SDR技术所面临的挑战

目前，很多国际上的研究单位和公司都在关心和研究SDR技术。但不同公司对SDR技术的未来仍然有不同的看法：多数欧洲公司认为它将在2008年后广泛使用，一些美国公司认为可能在2005年开始广泛应用，而少数小规模的高技术公司则在为2002-2003年推出初期SDR无线通信产品(基站和用户终端)而努力。到底SDR技术中有哪些挑战，有哪些关键技术问题，造成人们对此技术的广泛应用前景有如此大的差异？本节中将对此作一个简单分析。

4.1 体系和结构

　　SDR体系结构应具有如下特性：

　　- 灵活性：处理多模式、多频带、多标准等的可能性；
　　- 可升级性：必须兼容现有主要标准并有向未来可能考虑到的标准升级的能力；
　　- 可扩充性：有在设备功能、业务、容量等方面定量扩充的可能；
　　- 使用未来技术的可能性：此SDR设备应尽可能使用目前已在开发，未来可能应用的新技术。

　　目前，人们认为SDR的体系结构是一个通用的硬件平台。其构成应包括如图1所示的各基本单元。下面，对其主要单元予以说明：

　　 收发天线及馈线：为了使用智能天线技术，它们均应当是由多只天线单元组成的天线阵。其辐射图形将由基带数字信号处理来控制；

　　 射频发射机：由通用平台和多只射频发射机模块组成。其工作频率范围应当足够宽，并用数字频率合成技术来设置。对每种标准应能多载波工作。此发射机还包括多只高功率放大器。所有发射机均应当具有高线性，可以用数字预失真等技术来解决自适应非线性补偿等问题；

射频接收机：由通用平台和多只射频接收机模块组成。其工作频率范围应当足够宽，并用数字频率合成技术来设置。对每种标准应能多载波工作；

　　 高速数字链路：射频和基带平台之间的链路是多条高速数字链路。为支持第二代和第三代移动通信标准，此链路上的数字信号传输速率将超过1~2Gbit/s这个总线结构的设计直接关系到系统的成功；

　　 通用基带数字信号处理平台：此平台由多种相同或不同的数字电路板所组成，其数量根据系统容量决定，是可以积木式扩容的。在每只电路板中，主要的器件是可编程、可设置的基带数字信号处理电路。此平台应当完成图1中右面几个单元，诸如接口、信息应用及控制等功能。

　　 多种软件包：在此平台建立起来后，大量的技术和内容就是各种软件，它们将包括：

　　- 控制软件包：如对基站进行配置、设置、管理等的软件；
　　- 物理层软件包：对每一种标准和制式将有其物理层软件；
　　- 高层软件：分别对每一种标准和制式；
　　- 系统接口软件：对多种接口要求。

　　这些软件都将存放在基带数字信号处理平台中，或通过网络加载进来。

图1 SDR结构的基本单元
Figure 1 Basic Elements of the SDR Architecture

4.2 宽带可编程、可配置的射频和中频技术

　　目前的无线通信标准中，每个载波的带宽从25kHz (TACS)到5MHz (WCDMA)；工作频段从800MHz 到3GHz；在射频接收和发射各方面都有不同的技术指标。这对SDR多模式设备来说是最具有挑战性的工作。其主要问题是：

　　- 宽带工作的问题。目前射频元器件的水平还只能支持20%左右的带宽，故在初期的SDR设备中，在支持多标准时还可能要求更换射频模块；

- 模拟电路的可编程和可配置问题。模拟电路是技术进展最缓慢的部分，故在目前设计SDR设备时，都尽可能降低对模拟电路进行编程的要求，而广泛采用中频(数字中频)技术。

4.3 智能天线技术

　　对未来的无线通信设备，特别是基站设备，不论工作于TDD或FDD双工方式，都必须基于智能天线才可能提供更高的频谱效率。对SDR基站设备，使用智能天线技术于所有所支持的模式也是一个挑战。

4.4 基带处理平台

从技术核心到实现可编程和可配置等方面，任何无线通信标准的核心是其RTT中的物理层技术。随着技术的进步，数字信号处理技术的复杂性越来越高，也就要求基带处理平台的能力越来越强。目前，能用软件实现数字信号处理的器件主要是数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)两大类。前者已达到数千MIPS的能力；而后者已超过百万门。以上两种器件各有其特点，分别适用于处理不同的问题和算法。一个重要的发展方向是将两者的优点结合起来，用并行处理的技术，在不无限提高主频的前提下将处理能力提高到上万MIPS，同时还具有快速编程和配置的能力：即所谓超级并行处理器(Re-configurable Processor, RCP)。

对用户终端来说，其基带处理平台将主要由MCU和RCP构成。在终端设备中