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软件无线电的技术发展趋势是怎么样的
微风挽雨
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软件无线电能更加灵活、有效地利用频谱，并能方便升级和跟踪新技术。本文介绍了一种软件无线电体系结构，并阐述了目前存在的技术难点，相信对中国工程师的工作会有一定帮助。软件无线电是一种用软件来实现物理层连接的无线通信设计。软件无线电的主要优点是它的灵活性。在软件无线电中，诸如信道带宽、调制以及编码等可以动态调整，以适应不同的标准和环境、网络通信负荷以及用户需求的变化。目前软件无线电设计有两类：软件定义无线电（SDR），能够控制和配置处理单元；软件无线电（SWR），事实上由软件本身来完成信号处理。倘若能为软件控制设置必要的接口，SDR就可以应用FPGA等技术。SWR则不需要使用这类器件，而是通过在面向应用程序级的软件标准组件对象中进行信号处理，来增大灵活性。以当前的技术，前者更适于低层次应用，而后者则能够通过下载新软件的方式，对一个无线器件进行升级以适应新标准的要求。SWR具有这种潜能，是因为它所有的功能处理全部用软件实现，而不局限于某种特殊的处理单元。软件无线电的研究最初源于在使用专用硬件实现无线电通信过程中的互用性问题。第一个软件无线电是SpeakEasy系统中的Lackey95，它替代由十多个军用无线电设备组成的系统。大学研究项目Athanas98和Bose99推动了软件无线电系统设计的发展，并为软件无线电架构提供了理论依据。 SDR论坛一直致力于制定SDR系统标准和接口规范。在美国，多种不兼容的蜂窝体系和PCS通信标准是其主要的商业应用支持者。在欧洲，GSM的广泛使用缓解了互用性矛盾，但是人们对软件无线电在第三代蜂窝通信系统中的应用抱有广泛的兴趣。SDR技术是当前手持式设备处理基带信号切实可行的方案。人们努力缓解该技术的互用性矛盾，软件无线电在此就表现出非常大的潜能，这种潜能改变了人们制造无线电设备和利用射频频谱的思维方式。
软件无线电的未来潜能过去，无线通信系统的设计都是静态的，只能在规定范围内的特定频段上使用专用调制器、编码器和信道协议。即使是双频、三频蜂窝电话也只在预先定义的两个或三个标准之间切换。静态设计通常是根据最坏情况的设计，在情况良好时就不能充分利用射频频谱。例如，若背景噪声比最恶劣的情况小，就可能出现许多不必要的纠错编码，这样就不能获得最高的比特率。这种情况对无线应用系统的影响比有线应用系统更严重，因为无线传输更易于受噪声、干扰和衰减的影响。理想的软件无线电能动态适应传输系统的任一环节的变化，如调制、编码、信道协议以及带宽等等，并能够适应实时性变化，最大程度地利用有效频谱。静态设计不仅降低射频频谱的利用率，在其他方面也有影响。比如CDPD无线数据系统，不论系统其它部分的负载多少，用户都要受限于一个信道中的可用带宽。用户可以在蜂窝系统空闲时传输数据，但这并不能提高数据传输速率。如果系统能够自动调整以使用更大的带宽或者采用不同的调制方案，则一个特殊要求的用户能获得更大的带宽。如果蜂窝网供应商能够分配原来没有充分利用的更大的带宽给用户，他们会得到较好的收益；无疑，用户也能得到更好的服务。软件无线电的灵活性能够去除静态设计的局限性，并能为无线通信系统提供新的功能。理想条件下，射频频谱可以任意分配。这使我们不会盲从于在静态频谱许可下的设计惯例，而是面向一个动态的频谱分配模式。最终，供应商们将可以自由竞标所需的频谱，相对目前的模式，这能更好地利用射频频谱。通常情况下，如果服务供应商在一个区域只有很少的用户，则其频谱在大部分时间内将会处于闲置状态。然而，在市场分配模式下，如果用户对频谱有需求，相应的频谱就会得到利用。市场分配模式还有助于产生新的服务供应商。一般而言，若一个供应商在一个区域中没有获得频谱许可证，则该供应商就不能在该区域运营。而市场分配模式下，多个供应商进入同一个市场是可行的，这种竞争机制将为最终用户提供更好的服务。市场分配模式需要在频谱许可方面做重大的变革。最近，FCC发布了一个关于软件无线电的调查通知，明确指出软件无线电要对无线频谱的管理和许可方式进行变革。频谱的分配会在宏观上提高频谱的效率，而软件无线电则可在微观上提高频谱效率。任何两个无线设备都可以动态地调节其滤波和调制以适应信道实际条件下的要求。例如，假设有一个很强的干扰出现在信道附近，在ad-hoc网络里，设备会动态调整滤波器，甚至会转至不同的频带以提高设备性能。实现这种调整的方案在Chiu99提出。或许软件无线电的最大优点是跟踪新技术的能力。现有无线通信系统的技术应用已远远落后于数字通信。这在很大程度上是由于时间和经费的问题，包括配置底层的基础设备来完成特殊的空中标准设置。因为资金投入很大，不可能经常对设备升级，因此新技术应用大约会滞后10年。例如在美国的大部分地区，蜂窝网的基础设施仍是模拟AMPS标准（设计于1978年），尽管部分转换成了数字系统，但现在用的数字系统技术也已经远远落后于技术的发展。3G的系统原型就是一个例证。基于适当的软件无线电技术的蜂窝基础结构能够通过安装新软件进行升级，比配置新硬件更迅速、更廉价，同时也允许数字通信的先进技术更快地进入市场，并可提供新业务、提高频谱的利用率。
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