从数字无线电到软件无线电

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1、从数字无线电到软件无线电 中国移动通信产业发展论坛□北京邮电大学陈曦廖建新胡健栋数字无线电技术人类文明的继承和发展从来就是与信息技术领域的进步和突破密不可分的。自马可尼于１９０１年第一次实现横跨大西洋的无线通信开始，无线通信作为一种实用的通信方式已有近一个世纪的发展历程。习惯上我们根据信源信息描述形式的不同，将通信系统划分为模拟和数字两大类。最初，信息是以模拟形式被描述和传递的，譬如语音和图像信息等直接以调幅或调角的方式进行调制解调，这被称作模拟通信系统。模拟通信技术的发展造就了今天广播和电视的普及。１９４８年

2、，Ｓｈａｎｎｏｎ发表了其著名的信道编码理论，指出只要满足信道的容量约束和信噪比约束，数字信号在理论上就能够以任意低的误码率传输。这揭示了信息数字化描述的巨大好处，它允许人们将多年来在数学领域取得的丰硕成果应用到信息的编码、纠错、判别等处理领域，为数字通信技术的迅猛发展提供了充足的理论工具；同时，信息的数字化描述为拓展通信系统的业务范围，实现多种媒体的通信提供了广阔前景。从概念上说，数字通信技术从一开始就具备了″数字无线电″的一定特征，因为至少接收机中基带信号的后处理以及发射机中基带信号的预处理是数字化的。但是，

3、现在″数字无线电″一词更多地被用来描述那些将数字信号处理技术应用于基带信号处理、调制和解调、中频甚至射频信号处理的无线通信系统。图１所示为典型的采用数字无线电技术的通信系统。为简便，我们设原始信息为数据流。在发射端，输入的数据流在数字信号处理模块被编码、调制后，经Ｄ／Ａ变换器形成中频或射频信号；在接收端，或直接将来自天线的射频信号抽样，或在中频，或在基带将信号抽样为数字信号，而后送至数字信号处理模块分析处理，恢复出原始信息。当然，为构成一个完整的通信系统，尚需带通滤波器、混频器、射频功放、低噪声放大器以及双工器

4、等部件，这些在图１中已有标识。数字无线电的实现数字无线电技术是由若干项具体技术构成的。目前，人们的研究重点放在智能天线技术、射频或中频抽样技术、数控振荡器技术、数字滤波器技术等方面。不难看出，数字无线电技术的实现很大程度上取决于现代微电子技术的进步。为实现收信机射频信号的直接抽样以及发信机射频信号的直接输出，要求Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ变换器能工作在ＧＨｚ频段上；系统日益提高的多址能力要求收发信机工作在高信噪比下，这对Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ器件的有效位数提出了更高要求，一般应在１０位以上；复杂的信道编译码，高速的基带速率，以及日

5、益丰富的业务种类，都要求有高性能的数字信号处理器件。在Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ器件上，一些价格较低廉的产品已能工作在中频频段，典型的产品如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频段的产品，只是由于价格因素尚未普及。在数字信号处理模块的实现上，基本的趋势为ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ，数字信号处理器）和ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ，现场可编程门阵列）、ＡＳＩ

6、Ｃ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ，专用集成电路）并举，通用型ＤＳＰ和专用型ＤＳＰ并举。可以简单理解为，ＤＳＰ以软件方式，ＦＰＧＡ和ＡＳＩＣ以硬件方式实现数字信号处理算法。由于ＤＳＰ和ＦＰＧＡ均具备可编程能力，它们比较适合下文所述的软件无线电的需要。ＤＳＰ可分为通用和专用两大类。通用的ＤＳＰ产品指令集较复杂，功能较全面，ＴＩ、ＡＤ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ、Ｌｕｃｅｎｔ等公司均有系列的通用ＤＳＰ产品。在速度上，通用ＤＳＰ已能达到ＧＩＰＳ（每秒１０９次）量级，如ＴＩ的ＴＭＳ３２

7、０Ｃ６ｘｘ系列。而专用ＤＳＰ为某特定算法而设计，指令集较为简单，速度也较快。目前应用得较多的产品有Ｉｎｔｅｒｓｉｌ公司（原Ｈａｒｒｉｓ的半导体部门）的ＨＳＰ５０２１４／２１５、ＨＳＰ５００１６，Ｇｒａｙｃｈｉｐ公司的ＧＣ１０１２、ＧＣ４０１４，以及ＡＤ公司的ＡＤ６６２０／２２／２４等。由于专用ＤＳＰ的功能有限，灵活性不足，它们一般要和通用ＤＳＰ结合使用。ＤＳＰ的发展另一方面表现为编译软件的优化，使得用高级语言进行编程成为可能。ＦＰＧＡ生产工艺的改进迅速提高着它的门阵列数目，目前已达数百万门（如Ａｌｔｅｒａ公司的

8、ＡＰＥＸ２０Ｋ系列），其应用也由最初的ＴＴＬ中规模电路的简单替代发展到对信号处理模块以至子系统的集成。最近有人提出了ＳｙｓｔｅｍＯｎａＣｈｉｐ的概念，形象说明了ＦＰＧＡ卓越的集成能力。ＦＰＧＡ的发展另一方面同样表现在硬件描述语言和编译软件的进步上，硬件设计日益软件化。目前，应用较多的ＦＰＧＡ产品包括Ａｌｔｅｒａ公司的ＦＬＥＸ和ＡＰＥＸ系列，Ｘｉｌｉｎｘ公司的Ｖｉｒｔｅｘ系列等。以往的概