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軟件無線電技術在3G和4G中的應用

(發布日期：2007-3-20 9:16:37) 來源：

　　提高3G系統的靈活性

　　當前，蜂窩移動通信系統已經發展到第三代，3G系統進入商業運行一方面需要解決不同標準的系統間的兼容性；另一方面為了適應技術的飛速發展，3G無線通信系統要求具有高度的靈活性和擴展升級能力，軟件無線電技術無疑是最好的解決方案。作為3G移動通信標準中的兩個主要標準，W-CDMA和CDMA2000都采用碼分多址接入方式，并具有信道帶寬寬、數據速率多樣且支持高速率、不同業務采用信道編碼不同等共性，同時，這兩種標準之間在碼片速率、信道帶寬和信道選擇碼等方面也存在差異。為了解決這些方面的問題及提高系統容量，在3G中采用了智能天線技術(Smart Antenna)、多用戶檢測技術(MUD)等，使得軟件無線電技術在3G系統中有著廣泛的應用空間。

　　首先，智能天線技術在我國的TD-SCDMA的方案中，利用數字信號處理技術識別用戶信號到達方向，形成天線主波束；引入空分多址(SDMA)方式，根據用戶信號不同的空間傳播方向，提供不同的空間信道；采用數字方法對陣元接收信號進行加權處理，形成多個波束賦形，每一個波瓣對應于一個特別的手機用戶，波束也可以動態追蹤用戶，使主波束對準用戶信號方向，在干擾信號方向上，形成天線方向圖零陷或功率增益較低，從而達到抑制干擾的目的。

　　其次，在歐共體的ACTSFIRST項目中，軟件無線電技術也用到了設計多頻/多模可編程手機中。它可自動檢測接收信號，接入不同的網絡，而且能滿足不同的接續時間要求。軟件無線電技術可用不同軟件實現不同無線電設備的各種功能，可任意改變信道接入方式或調制方式，利用不同軟件即可適應不同標準，構成多模手機和多功能基站，具有高度的靈活性。

　　除此之外，軟件無線電出現了一些新的發展趨勢：主要表現在體系結構分層化、軟件模塊化、結構數學分析化、面向對象化、計算機化、網絡化和安全化。

　　提供通向4G的橋梁隨

　　著3G技術不斷成熟并最終進入市場進行運營，國際電信聯盟(ITU)已經開始研究制訂第四代移動通信標準，并已達成共識：把移動通信系統同其他系統(例如無限局域網、WLAN等)結合起來，產生4G技術，2010年之前使數據傳輸速率達到100Mbit/s，以提供更有效的多種業務，最終實現商業無線網絡、局域網、藍牙、廣播、電視衛星通信的無縫銜接并相互兼容。

　　4G的關鍵技術主要有：OFDM(正交頻分復用)、軟件無線電、智能天線和IPv6技術。

　　在4G眾多關鍵技術之中，軟件無線電技術是通向未來4G的橋梁。由于各種技術的交迭有利于減少開發的風險，所以未來的4G技術需要適應不同種類的產品的要求。而軟件無線電技術則是適應產品多樣性的基礎。它不僅能減少開發風險，還更易于開發系列型產品。此外，它還減少了硅芯片的容量，從而削減了運算器件的價格，其開放的結構也會允許多方運營的介入；同時，由于DSP的使用，也彌補了廉價RF(RadioFrequency)所造成的不足。在實際應用中，RF部分是昂貴而缺乏靈活性的，寬帶的RF是非線性的，而通過使用SDR技術可彌補其在靈活性上的不足。

　　在網絡支持方面，由于4G通信系統選擇了采用基于IP的全分組的方式傳送數據流，因此IPv6技術將成為下一代網絡的核心協議。而大量鏈路類型的不同鏈接可通過SDR進行互聯。同時，動態頻譜的分配也有利于在已占用帶寬上實現新的服務。

　　智能天線技術也是4G中的關鍵技術，它與SDR技術同樣緊密相連。它是在軟件無線電基礎上提出的天線設計新概念，是數字多波束形成(DBF)技術與軟件無線電完美結合的產物。一方面，軟件無線電為智能天線的實現提供了一條有效可行的技術途徑，另一方面智能天線也為軟件無線電的發展起到了推動作用。它們兩者相互滲透、相互促進。基于軟件無線電的智能天線主要包括：單信道智能天線，即通過天線陣感應的射頻信號，首先經過前端模擬預處理變換為適合于A/D采樣的寬帶中頻信號，該寬帶中頻信號經A/D數字化后送到數字下變頻器(DDC)，對寬帶數字中頻內某一感興趣的信號進行數字正交下變頻和采樣率變換，變換為與信號帶寬相適應的低采樣率的基帶正交(I/Q)數字信號，這N路I/Q基帶數據被同時送到M個數字波束形成器(DBF)，分別進行不同指向的波束形成運算，最終獲得所需的M個波束。信息解調模塊(DEMOD)要么對所形成的這M個波束同時進行解調，要么選取其中信噪比最大的波束進行解調，前者可以實現同頻空分復用，后者則可以實現定向接收，改善輸出信噪比。其次為多信道智能天線，它與單信道智能天線相比只是在A/D后設置多個單信道多波束形成器SCMBF。此外還包括多相濾波信道化智能天線，它的最大特點是能夠實現頻域空域上的全波束形成。

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