软件无线电技术在3g中的应用

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1、软件无线电技术在3G中的应用张玉良吴伟陵(北京邮电大学北京100876)摘要文章首先概括地介绍了软件无线电的概念、实现的体系结构和关键技术,然后针对3G标准的大带宽、高速率、多媒体要求以及采用智能天线、多用户检测、Turbo码等技术带来的挑战,重点讨论了3G系统中采用软件无线电技术的难点及当前的进展情况。关键词软件无线电多用户检测智能天线移动通信当前,蜂窝移动通信系统发展到第三代,3G系统进入商业运行一方面需要解决不同标准的系统间的兼容性;另一方面为了适应技术的飞速发展,3G无线通信系统要求具有高度的灵活性和扩展升级能力。软件无线电技术无疑是最好的解决方案。

2、本文以实现CDMA2000和W-CDMA双模软件无线电系统为切入点,讨论在3G系统中采用软件无线电技术所面临的技术难题。作为3G移动通信标准中的两个主要标准,W-CDMA和CD2MA2000都采用码分多址接入方式,且具有信道带宽宽,数据速率多样且支持高速率,不同业务采用信道编码不同等共性,同时,这两种标准之间在码片速率、信道带宽和信道选择码等方面也存在差异。这些方面以及为了提高系统容量在3G中将采用的智能天线技术(SmartAntenna)、多用户检测技术(MUD)等,使得软件无线电技术在3G系统中有着广泛的应用空间,同时面临巨大的技术挑战。1前言软件无线电

3、是将标准化、模块化的硬件功能单元,通过高速总线或高速网络等连接形成一个通用的数字式硬件平台,再通过软件加载的方式来实现各种类型无线通信系统的开放式体系结构1,2。其基本思想是把A/D、D/A变换器放置在收/发信机的天线之后,用软件实现无线电系统的所有功能。典型的软件无线电系统包括实时信道处理部分、准实时的环境管理部分以及用于开发增强业务的在线和脱机软件等2,图1中给出了典型软件无线电体系结构的功能框图。软件无线电实现方式多样,既可以利用ADC、FPGA、DSP和通用CPU形成具有SIMD和MIMD混合结构的流水线方式来实现,也可以在通用的PC机和工作站上实现

4、,甚至可以通过高速网络利用网络资源实现。无线电功能的软件化使得采用软件无线电技术实现的通信系统造价低廉、灵活性强。具有易于实现与不同的频带、带宽和调制方式的通信系统的互联、互通;系统的升级和嵌入新技术更方便;便于开发新的增值业务;能更充分地利用有限的频谱资源等优点。因此,软件无线电技术成为通信技术领域中的重要研究内容。2软件无线电体系结构及其关键技术软件无线电实现的体系结构可分为三种:传统的流水线结构、基于高速总线的体系结构和建立在高速网络上的基于交换的体系结构1。流水线结构匹配于通信系统的流水线串行处理机制,但是硬件平台中的射频、中频和基带处理等基本功能模

5、块耦合过于紧密,难于实现系统扩展;基于总线的体系结构放宽了基本模块间的联系,各功能模块通过统一的、开放的标准接口由开放的高速总线连接,因而系统的结构灵活,开放性、通用性和可扩展性强,而缺点则表现在时分复用的总线利用机制与通信系统的流水线串行处理机制不匹配,多处理器间必须通过复杂的控制机制才能协同地实现无线电功能。软件无线电的高速网络交换方式是重要的发展方图1典型软件无线电系统框图·40·电信科学2001年第11期向1。当前实现的软件无线电系统实际上是软件定义的无线电,通常采用流水线结构实现,下面结合流水线结构介绍软件定义无线电的关键技术。软件定义无线电的流水

6、线结构框图如图2所示。由图2中可见,软件定义无线电通信系统主要包括模拟信号处理子系统和数字信号处理子系统两部分。而A/D与D/A是模拟处理子系统和数字处理子系统。模拟信号处理子系统包括天线和射频前端;数字处理部分进一步分为高速中频处理部分和基带处理部分。(3)基带与比特流处理部分关键技术基带与比特流处理部分主要完成单一信道信号基带可编程处理。包括调制/解调、编/译码、交织/去交织、扩频/解扩、加/解密处理、信道均衡,定时、同步甚至信源编码等。这部分要求具有高度的可编程、可重新配置特点。虽然数据速率比中频低,但对于3G标准(如W-CDMA和CDMA2000),

7、由于数据速率本身较高(W-CDMA最低为3.84Mbit/s,CDMA2000最低为1.2288Mbit/s),同时,信道译码方法、RAKE接收、多用户检测算法和智能天线技术等运算量都很大,产生所谓DSP瓶颈。解决DSP瓶颈的方法是采用树型结构或网络结构的多处理器技术。基带处理部分由可编程器件如FPGA、DSP和通用CPU等结合实现。如何进行无线电功能的划分及将划分后的功能映射到具有不同灵活性和处理特点的器件上(FPGA的灵活性比DSP和通用CPU差,但具有分布特点的大计算量算法适合在FPGA上实现),决定了整个系统的综合性能。(4)软件技术实现软件无线电技

8、术要求软件具有对硬件平台的独立性。实现软件对硬件独立