SDR--未来无线通信设备的基本概念

根据国际上的最新进展，本文对软件定义无线电(SDR)进行讨论和介绍。SDR是一个新的概念和体系，它是一个可重编程和可重构的，能支持多种无线通信体制和标准的无线通信设备。本文介绍了美国对SDR设备的要求，此技术为产品开发、制造商、运营商及最终用户带来了好处，以及SDR所面临的挑战。显然，在几年内，SDR技术将广泛使用于新一代无线通信产品的设计中，基于SDR的无线通信设备将成为市场中的主要部分。

Abstract:Based on the latest international development, this paper presents an in-depth discussion of the Software Defined Radio (SDR) technology. As a new concept or system, SDR is re-programmable and re-configurable, and capable of supporting radio communications equipment of multiple radio communications systems and standards. This paper shows what the US requires in the SDR equipment, the benefits brought along by this technology to product developers, manufacturers, operators and the ultimate users, as well as the challenges facing SDR. It is evident that in the next few years SDR will be widely applied in the designing of the new-generation radio communications products, and the SDR-based equipment will grow up to become a key element of the radio communications market.

关键词：软件定义无线电（SDR）；优势；挑战；

Key Words: Software Defined Radio (SDR); Advantage; Challenge

中图分类号(CLC number)：TN929.5

文献标识码(Document code)：A

文章编号(Article ID)：1009-9336(2001)04-0066-10

1 引言

　　在笔者前一篇文章中[1]，对移动通信技术的发展方向进行了讨论和介绍。本文将着重介绍其中最具有革命性的软件定义无线电技术。

　　众所周知，在过去的20年内，无线通信技术取得了空前的高速发展。而21世纪的来临，又以第三代移动通信为代表，为无线通信的进一步大发展开辟了一个新天地。综观这20余年无线通信技术的发展，可以看到如下特点：

　　 多址方式从频分多址(FDMA)到时分多址(TDMA)，再进步到码分多址(CDMA)；
　　 每一代的技术均集中到相应的国际标准中，而标准的核心是无线传输技术(RTT)；
　　 产品均按某一种特定的标准来开发和生产，并提供特定的服务；
　　 产品的生产都依靠专用芯片，技术均固化在专用芯片内。

　　通过近20年的发展，移动通信已成为通信领域最活跃，市场份额最高的部分产业，也成为国际上市场竞争最激烈的部分。

　　但是，此传统的思路和产品开发及生产方式，已表现出不少问题，譬如：

　　 产品是针对特定的标准中一个版本来开发和制造的。当新技术出现或版本升级或提供新业务时，只能开发新的专用芯片，制造新一代的设备。其结果不是限制了新技术和新业务的使用，就是给制造商、运营商带来更大的投资风险，给用户带来诸多不便；

　　 用此传统思路，必然要求全球统一标准，但又难以实现。由于各国的经济利益，全球统一标准几乎是不可能的，反之，标准的种类还在不断增加。这样，造成频率的分配、管理更为困难，需要的频率资源增加，多频多模手持机制造困难，成本增加，而什么时候能实行真正意义的全球漫游，谁也说不清楚；

　　 现代技术进步越来越快，在第三代移动通信还没有正式商用前，ITU已经在考虑由于技术进步所不得不进行的标准更新问题。由于前述原因，仅仅是标准升级和更新的程序就很难通过。这也在一定程度上影响了第三代移动通信设备的开发与制造，特别表现在由于技术进步，导致用户终端的开发(主要是专用芯片的开发)进度缓慢，第三代移动通信投入商用的时间推迟。

　　面对此问题，国际上，主要是美国，已经进行了大量的研究。典型的是麻省理工学院(MIT)的一个研究小组在征询了大量无线通信技术和产业界专家后所得到的结论：77%的专家认为，软件定义无线电(Software Defined Radio, 简称SDR)必将是一个解决全球无线通信需求的方案。1999年，美国FCC就开始组织有关专家对SDR进行研究；2000年3月，发表了一份文件[2]，对SDR的定义、要求和相关问题统一了认识，并倡导各公司和研究机构开发此技术。在SDR论坛，发表了大量讨论和见解[3]、[4]。2000年10月，美国代表团将它作为第三代后移动通信技术的发展方向，提交ITU-R WP8F会议并获得通过[1]。

　　本文的主要目的就是根据国际上的讨论和公开发表的信息，向读者介绍下一时期国际上移动通信技术的这个发展方向，为通信主管部门、研究开发部门、运营商和制造商的决策提供参考。

2 SDR的定义和要求

　　在过去几年，我们经常谈到软件无线电(Software Radio, 简称SR)，其概念是对接收到的信号或准备发射的信号在尽可能接近天线的地方实现数模(D/A)或模数(A/D)转换，用软件通过DSP、FPGA等可编程器件来实现硬件的功能。在通常意义上，软件无线电是实现某种特定的无线通信设备的一种手段。

　　而SDR的概念则要深刻得多，它是一个系统和体系的概念。SDR的无线通信设备考虑的是一个系统，它必须具有可重新编程和可重构的能力，使此设备可以使用于多种模式(标准)、多个频带和多种功能。它不仅仅使用如软件无线电中的可编程器件来实现基带数字信号处理，还将对射频及中频的模拟电路进行编程和重构。SDR将是无线通信领域内一个革命性的概念。

　　目前人们对使用SDR的无线通信系统或设备，提出了如下的功能要求：

　　1． 重新编程及重新设定的能力；

　　 SDR设备可以被快速、简便地重新编程及重新设定，以支持任意传输形式的应用和在任何频率上的传输或接收；

　　 重新编程及重新设定能力可实现用同一设备支持不同蜂窝技术、个人通信系统和其他无线业务在世界范围内使用。

　　2． 提供并改变业务的能力

　　 采用SDR设备，用户不但可以支持传统业务并且可以支持新业务；

　　 空中下载软件的概念可以保证用户可获得最新的业务服务。

　　3． 支持多标准的能力

　　 SDR能更好地体现互操作性这一概念，以支持多频段及多标准工作的无线通信系统；

　　 在公共安全和紧急事件处理部门，采用SDR技术支持多频段通信；

　　 SDR能使无线运营商在基本不更换基站硬件的条件下，实现系统的版本更新、标准更新及升级换代。通过软件来定义出一个新的无线通信系统。

　　4． 智能化频谱利用

　　 SDR可提高频谱利用率和频率共享，可以灵活地接入到新频段；
　　 SDR设备具有智能功能，它可以监测其他设备使用的频谱，并在空闲频段上进行传输；
　　 SDR可以大大降低频率分配的困难和频率分配的风险。

　　总地说来，SDR是一个全新的，实现未来移动通信设备的概念和体系结构。它本身并不是一种孤立的技术，而是为所有新技术使用的公共平台。