软件无线电的无线应用(07-100)

　　无线通信基础设施制造商针对大面积覆盖范围的要求，传统地开发出单标准、大功率、高性能网络。设计这些网络来支持专门的无线标准，而且为了更新前回收投资。随着无线通信需求的增加，新的无线标准正在出现，特许频段数正在增加，创新正在以更快的步伐加速。由于实现专用网络的成本很高，所以，电信运营商正寻求提高性能的方法，以便在不重复的情况下投资基础设施，支持不同的无线标准。此外，较小的电信运营商和具有远程覆盖范围的电信运营商，正在寻求新技术和新功能，以便保持竞争力，得到新的收入机会。

　　现在，电信运营商需要有一种方案;在单个平台上同时工作多个标准，而且有足够的灵活性、缩放性和移植性来适合各类RF覆盖范围和功能要求，此方案就是软件无线电。

　　软件无线电也称为SDR(Software-defin radio)，完全以软件提供给无线运营商采用新技术(GSM，CDMA以及未来新技术)的能力，避免购买新的高成本专有硬件设备。软件无线电给出节省成本的方案，其优点包括：

　　·在网络上增加新技术时无硬件重复;

　　·在单一平台上同时运行多标准的能力;

　　·利用商业上现成的计算服务商，以确保高性能低成本硬件;

　　·从中心存储单元远程软件下载，可增强系统能力或增加无线标准。

　　·由于是IP基方案，所以有显著小的回程费用。

　　蜂窝基础设施方法与软件无线电比较

　　传统无线通信工作类似于其他无线电：一个天线和一个收发器检测和发射无线电波。接收器滤波和下变频这些无线电信号，然后，由DSP、FPGA、ASIC或三者组合数字化，进一步处理这些信号。发射器利用同样的元件，在基带生成和处理数字信号，并上变频数字信号为模拟波形。结果是经空中发射的声音或数据被无线装置接收。

　　软件无线电的目的是在软件中借助开发的无线技术标准(GSM，CDMA，3G和未来标准)，从硬件平台上区分无线标准。芯片成功地使计算机运行更快，利用计算能力的增强实现这种方法是可能的。这使软件无线电方案能沿Moore定律性价曲线发展，其中第14~24个日计算机处理能力加倍。

　　软件无线电的目的看起来似乎简单，然而，新标准在软件中实现并非容易。设计一个在宽频率范围内具有均匀增益的单天线、滤波接收的信号、有效的放大发射信号以及执行宽带模/数变换，这些都是艰巨的任务。软件无线电在真正实用前必须克服这些问题。

　　软件无线电技术

　　软件无线电比硬件无线电具有显著的优越性，实现信号处理软件如同运行在标准Linux或POSIX依从操作系统顶端的应用级程序。此方法为无线制造商和供应商提供如下好处：

　　·使得无线运营商能配置网络和经济地增加或改变服务标准，支持随着技术的变化，对一个服务标准做超前财物评估。

　　·使软件移植性最大化，使得重新实现软件的时间、工作量及成本都最小。

　　·分配软件来仿真RF设计工程师熟悉的构建单元。这些构建单元可以重新用在很多不同RF环境下(例如，室内，室外，城市，乡村)，使无线运营商使用新技术的上市时间最短。

　　跨越所有系统的软件结构

　　无线标准配置为两部分，这两部分有显著不同的移植性任务。控制部分配置和控制系统，并实现较高级功能(如协议状态机和网络路由)。信号处理部分实现用户数据和RF无线标准的采样表示之间的高速变换。

　　信号处理元件由中件层(执行数据传输和模件集成)和信号处理模件库(用于FM调制，Viterbi编码，FIR滤波功能)组成。

　　控制元件是一个用C或C++编写的可移植、模块化的软件应用。其中可移植软件执行，可执行性是从较高级描述(如状态图)自动生成的，这降低了设计时间，增加了保证。

　　软件的成本相当高。而且是软件无线电工程成本的增长因素。在所有最大容量的应用中，软件的开发成本是软件无线电装置单元成本的最主要部分。

　　现代软件工程技术承担高速信号处理的艰巨任务。构建信号处理的传统方法导致软件抽象、模件性和同类软件工程技术的高开销。

　　软件移植性对于降低软件成本和开发时间是一种关键手段。用其移植性针对每个新平台不需要开发各自的无线标准。可移植模件的利用降低了测试成本和开发时间。

　　为无线标准移植设计的软件无线电器件，给用户带来很大的好处。总之，软件移植的高水平，为软件无线电的应用和操作提供了良好的转换效果。

　　软件无线电实例

　　将来，软件无线电将包括无缝处理频率范围和多个无线标准的器件。未来，软件无线电可能替代很多现有的移动装置。

　　无线运营商为更新其已有网络而承受高成本时，发现软件无线电具有特殊的无线基础设施优越性。例如，Mid-Tex Cellwlar乡村运营商在美国中心得克萨斯有14,000用户，区域范围100英里(长)×75英里(宽)。Mid-Tex选择采用软件无线电(图1)，为已有TDMA用户提供GSM/GPRS服务。为了与国家运营商达成的新漫游协议，增加另外蜂窝标准所需的灵活性。Mid-Tex从前运行在TDMA模拟网络，此网络在每个基站需要2个大机柜。

　　Mid-Tex选择Vanu公司的Anywave基站做为此次更新的技术平台。现在，GSM/GPRS的等效功能在单机架安装的IT级服务器上执行。BTS(基站收发信台)服务器和RF头安装在天线端，把BSC和其他功能集中。典型乡村回程(如Mid-Tex)中的回程租用T1线路和微波链路，而对每一个无线标准都需要专门的回程。然而，用Vanu的软件无线电，单个BT(图2)服务多个标准，因此，大大地降低了回程。行业标准路由器提供远程站和中心BSC之间的IP连接。BSC本身在IT级服务器中实现，靠千兆位Ethernet链路连接。早在2005年，Mid-Tek GSM/GPRS网络已进入商业服务，粗略估计以27个BTS站支持在GSM/GPRS网络(图3)中运行、服务4000个用户，每个有2300万分钟使用记帐单。现在Mid-Tex经认证，并承担Cingular的GSM漫游。

　　软件无线电的另一个理想应用是远程站，在远程站中到蜂窝交换机或PSTN的网络接入是昂贵的和间歇式的。远程站例子可以是远程村庄、近海石油钻机、巡航船或飞机。对网络运营商特别感兴趣的是家庭基站，家庭中的低成本毫微微蜂窝小区(femtocell)(采用宽带Internet回程)能显著地改善住宅覆盖范围，并消除了与陆线电话业务相关的成本。