軟件無線電設(shè)計(jì)之路
軟件定義的無線電架構(gòu)長(zhǎng)期以來一直被認(rèn)為是基站發(fā)展的靈丹妙藥,由于這種無線電架構(gòu)能夠很快適應(yīng)新的協(xié)議,曾一度被作為基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)中支持多項(xiàng)無線協(xié)議的主要解決方案。直到最近,對(duì)于多數(shù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì),軟件定義的無線電架構(gòu)還僅僅是未來計(jì)劃項(xiàng)目。但是現(xiàn)在已經(jīng)有所不同,隨著3G無線應(yīng)用的到來,人們對(duì)在基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)中采用軟件無線電架構(gòu)重新產(chǎn)生了濃厚興趣。
過去,無線應(yīng)用的無線電設(shè)計(jì)是通過結(jié)合使用專用集成電路（ASIC）、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)等器件來完成的,在這些設(shè)計(jì)中,ASIC 和FPGA需要處理高級(jí)編碼方案,如Reed Solomon, Viterbi以及瑞克接受機(jī)(rake receiver functionality)等, 而DSP則用來處理語音編碼及其它語音處理任務(wù)。
在軟件定義的無線電的發(fā)展過程中,DSP 、ASIC和FPGA之間功能的劃分并非一成不變。ASIC開始具備越來越多的可編程能力,DSP和FPGA也具備傳統(tǒng)ASIC的功能,這些產(chǎn)品之間的界限在逐步模糊,區(qū)分DSP 、ASIC和FPGA之間的功能差別更加困難。
設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在需要耗費(fèi)大量精力去評(píng)估傳統(tǒng)ASIC實(shí)現(xiàn)的功能是否更適合于FPGA或DSP完成,或傳統(tǒng)DSP實(shí)現(xiàn)的功能是否更適合于FPGA或ASIC等等。其實(shí)問題關(guān)鍵在于要找到合適的選擇標(biāo)準(zhǔn),然后再綜合衡量每一種處理方案。
在選擇任何標(biāo)準(zhǔn)之前,重要的是給軟件定義無線電下一個(gè)準(zhǔn)確的定義。對(duì)于到底什么構(gòu)成軟件無線電架構(gòu),說法不一。本文我們采用的是軟件定義無線電論壇（Software Defined Radio Forum）的方式,即把軟件定義無線電確定為：“對(duì)多種多樣的調(diào)制技術(shù)、寬窄帶工作、通信安全功能（如跳頻）和現(xiàn)在及未來涉及的標(biāo)準(zhǔn),在很寬的頻率范圍內(nèi)對(duì)波形的要求等提供軟件控制的無線電”。
總體說來,選擇DSP、ASIC和FPGA,有五個(gè)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)：
可編程性：對(duì)于所有接口,能重新配置器件使之實(shí)現(xiàn)想要的功能;
集成度：能夠?qū)追N功能集成到單一器件,以降低數(shù)字無線電系統(tǒng)的體積和硬件復(fù)雜程度;
研發(fā)周期：研發(fā)、實(shí)現(xiàn)和測(cè)試某一采用特定器件的數(shù)字無線電功能所需要的時(shí)間;
性能：器件在限定的時(shí)間內(nèi)完成某項(xiàng)功能的能力;
功耗：器件完成需要的功能所消耗的功率。
上述每一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)于設(shè)計(jì)師決定選擇DSP 、ASIC還是FPGA都有直接影響。
在軟件定義無線電設(shè)計(jì)中,DSP和FPGA可很容易重新配置實(shí)現(xiàn)多種功能,而目前常用的ASIC盡管成本低,性能也很好,但可編程性受到限制。問題的關(guān)鍵在于,在如此種類繁多的無線ASIC中,是否有一款適合于特定數(shù)字無線電產(chǎn)品。對(duì)于一個(gè)純軟件定義的無線電架構(gòu)答案明顯是否定的,但實(shí)際上只有少數(shù)數(shù)字無線電設(shè)計(jì)需要如此程度的靈活性。因此,開發(fā)任何軟件定義無線電產(chǎn)品的關(guān)鍵一步是確定系統(tǒng)各項(xiàng)功能所需要的可編程要求,評(píng)估結(jié)果可用來確認(rèn)現(xiàn)有產(chǎn)品是否合格適于該項(xiàng)功能。
考慮一個(gè)同時(shí)支持寬帶CDMA(W-CDMA)和GSM的基站收發(fā)器架構(gòu),通過此例可展示如何確定處理功能。W-CDMA采用擴(kuò)展頻譜通信技術(shù),數(shù)十個(gè)用戶使用同一個(gè)RF信道。W-CDMA信號(hào)每個(gè)信道占有5MHz帶寬,上行鏈路1920～1980MHz,下行鏈路2110～2170MHz。另一方面,GSM采用窄帶TDMA技術(shù),一般每個(gè)RF信道帶寬為200kHz,只支持8個(gè)用戶,上行鏈路890～915MHz,下行鏈路935～960MHz。
在軟件定義的無線電架構(gòu)中,為了支持如此繁多的標(biāo)準(zhǔn),中頻處理器中的數(shù)字上、下變頻器件必須具備可編程信道選擇、濾波器建立和采樣率調(diào)節(jié)等功能。Intersil、Graychip、Analog Devices等公司的新型多標(biāo)準(zhǔn)
