一、引言
以開放的、模塊化的系統結構為核心的軟件無線電技術被普遍認為是3G基站未來的發展趨勢，其可為3G提供通用的系統結構、功能實現靈活、系統改進與升級很方便，利用統一的硬件平臺，不同的軟件來滿足不同標準的需求。由于系統結構功能的實現主要是由軟件來實現的，軟件的生存周期決定了通信系統的生存期，這樣就能更快地跟蹤市場變化，降低更新換代的成本。
二、軟件無線電概述及關鍵技術
軟件無線電（SWR）的概念是由美國科學家Joe．Mitola于1992年5月在美國電信系統會議上首次明確提出的。其基本概念是將硬件作為無線通信的基本通用平臺，而用軟件實現盡可能多的無線及個人通信功能。
軟件無線電的基本思想是將A/D、D/A變換盡量靠近射頻前端，應用寬帶天線或多頻段天線，將整個RF段或中頻段進行A/D變換，這之后的處理均由通用處理器或DSP器件完成。其硬件結構使軟件無線電具有整體的可編程性：RF頻段可編程、信道訪問模式可編程、信道編碼和調制可編程。同時由于其開放的體系結構，系統功能的改變只需軟件做適應調整，則不需重新設計系統，特別是硬件系統。數據源輸出的數據經過信源編碼（如JPEG編碼）后，再進行信道編碼。多路訪問可使用多種方法，如TDMA、CDMA等；不同的系統的調制方式不同，軟件無線電系統應該能兼容它們，如QPSK、FSK等，多路訪問和調制部分還包括定時信息的處理，如幀同步、比特同步、碼元同步等。最后經A/D轉換、上變頻送至射頻（RF）前端，由寬帶天線發射出去。若是接收，則過程與上相反。實現軟件無線電的關鍵技術主要有：射頻天線、寬帶ADC轉換、高速數字信號處理和高性能的總線結構等方面。理想軟件無線電的組成結構如圖所示:
(1) 天線及射頻轉換部分的關鍵技術
射頻段要求能夠接入多個波段甚至覆蓋整個波段。主要包括組合式多頻段天線及智能化天線技術，模塊化、通用化收發雙工技術、多倍頻程寬帶低噪聲接收放大器技術，線性高功率放大器技術和寬帶上下變頻器技術。這部分只能用高頻模擬器件實現，但可以用軟件對其功能和參數進行控制。
(2) A/D-D/A與高速、高精度中頻數字處理段關鍵技術
把A/D-D/A變換器放置在盡可能靠近天線的位置上是軟件無線電與傳統數字無線電的主要區別之一。在軟件定義無線電中，A/D-D/A變換器放在中頻對大帶寬范圍內的多路信號進行采樣。根據Nyqist定理，大輸入信號帶寬要求A/D變換有很高的采樣率；另一方面由多路信號間的遠近效應而要求A/D變換器有大的動態范圍與取樣精度。當A/D技術不能滿足要求時，有多種解決方案。如，把整個接收帶寬分成多個子帶，用多個窄帶A/D對各個子帶并行采樣；用對數壓縮等方法控制或抑制輸入信號動態范圍；量化與信號預測相結合，量化預測誤差信號等。
數字下變頻的任務是將A/D輸出的含有多路信道的高速數字信號進行信道劃分與提取，包括變頻、濾波和降采樣等處理。數字上變頻是其逆過程。實現上、下變頻所要求的運算量很大，是系統實現中最困難的部分。在移動通信系統中，基站和移動臺在中頻處理部分面臨的問題和采用的技術不完全相同。由于基站一般要求同時處理多個來自不同頻帶的信號，因此，理想的方式是采用寬帶接收機，利用多速率信號處理技術來提高計算效率，例如使用基于FFT的信道劃分技術來提取所有信道。對于移動臺和手機，由于只接收自身的一路信號，因此一般可采用專用器件來實現數字下變頻，如Harris公司的HSP50214B等。
(3) 基帶與比特流處理部分關鍵技術
基帶與比特流處理部分主要完成單一信道信號基帶可編程處理。包括調制/解調、編/譯碼、交織/去交織、擴頻/解擴、加/解密處理、信道均衡，定時、同步甚至信源編碼等。這部分要求具有高度的可編程、可重新配置特點。雖然數據速率比中頻低，但對于3G標準(如W-CDMA和CDMA2000)，由于數據速率本身較高(W-CDMA最低為3.84Mbit/s，CDMA2000最低為1.2288Mbit/s)，同時，信道譯碼方法、RAKE接收、多用戶檢測算法和智能天線技術等運算量都很大，產生所謂DSP瓶頸。解決DSP瓶頸的方法是采用樹型結構或網絡結構的多處理器技術�；鶐幚聿糠钟煽删幊唐骷鏔PGA、DSP和通用CPU等結合實現。如何進行無線電功能的劃分及將劃分后的功能映射到具有不同靈活性和處理特點的器件上(FPGA的靈活性比DSP和通用CPU差，但具有分布特點的大計算量算法適合在FPGA上實現)，決定了整個系統的綜合性能。
(4) 軟件技術
實現SWR術要求軟件具有對硬件平臺的獨立性。實現軟件對硬件獨立的方式之一是建立介于硬件和軟件之間的中間插件，實現硬件、軟件和中間插件的層次結構。軟件技術中另一個關鍵問題是軟件下載,包括軟件下載方式、接口方式和軟件下載的認證、安全和協議等。手機實現軟件下載有三種方式：通過使用智能卡編程等來支持某特定標準的靜態下載方式；通過空中(OTA)下載來預先配置終端，以適應一組特定的協議、應用和無線電接口的偽靜態方式；在通話過程中通過OTA重新配置軟件的動態軟件下載方式。目前考慮的將軟件傳送到軟件無線電手機的接口有三種:手機與智能卡間的接口，它對應的是靜態軟件下載方式;手機與外設間的接口，它對應的也是靜態軟件下載方式，其中外設是具有擴展存儲器和足夠處理能力的計算機；手機與基站之間的無線接口，此接口與偽靜態方式和動態軟件下載方式相對應。
軟件無線電中的關鍵技術還包括開放式高速、寬帶數據傳送技術。為了適應軟件無線電的發展，需要速度更高、帶寬更大的新型開放總線�；诰W絡的軟件無線電要求高于10Gbit/s超高速網絡。因此，開放式高速、寬帶數據傳送技術對結構靈活、開放、可擴展軟件無線電實現非常重要。
三、3G系統中的軟件無線電技術
在3G系統所要實現的目標與系統的特點中，最核心的問題是提供不同環境下的多媒體業務及實現包含水、陸、空的全球覆蓋。因而它要求實現多種網絡的綜合：無線網與有線網的綜合，移動網與固定網的綜合，陸地網與衛星網的綜合。這樣可以提供全球無縫覆蓋，為用戶提供在無線與有線環境下統一的業務使用方式，又適應多種業務環境，且與第二代移動通信系統兼容，便于平滑升級。對于通信終端而言，它面對的是多種網絡的綜合系統，因而需要實現多頻多模式終端（手機）。3G系統可支持的速率為室內靜止2Mbit／s，步行移動384kbit／s，車速移動144kbit／s，衛星移動9.6kbit／s，所以手機要適應寬帶多業務的要求。軟件無線電為通信系統提供一種新型的結構，那就是利用統一的硬件平臺，不同的軟件來實現不同的功能。只有軟件無線電技術才能解決多頻多模式多業務終端問題。
由于3G的標準的統一是非常困難的，IMT-2000的發展策略已經改變過去"統一"的概念，而注意到以各地區現有第二代系統網絡基礎為參考來制定比較現實的過渡方法，并在1997年3月的中間會議上一致通過了"IMT-2000家族"的概念。它放棄了在空中接口、網絡技術等方面一致性的努力，而致力于制定網絡接口的標準和互通方案。因此，也存在多頻多模多業務基站問題，針對這種情況, 我們認為應該在第三代移動通信發展中引入軟件無線電, 充分利用軟件無線電技術帶來的系統靈活性和通用性, 實現第三代移動通信中多種空中接口的并存, 以及第三代與GSM系統的兼容, 并對將來新的通信標準的引入和升級帶來非常大的便利, 同時保護運營商和用戶的利益，軟件無線電是解決基站問題的利器。具體他講，軟件無線電技術在3G系統中的應用體現在以下幾個方面：
（1）為第三代移動通信手機與基站提供了一個開放的，模塊化的系統結構；
（2）智能天線結構的實現，空間特征矢量包括DOA（來波方向估計）的獲得、每射頻通道權重的計算和天線波束賦形；
（3）各種信號處理軟件的實現，包括各類無線信令規則與處理軟件、信號流變換軟件、調制解調算法軟件、信道糾錯編碼軟件、信源編碼軟件算法等。
軟件無線電技術是當今計算技術，超大規模集成電路和數字信號處理技術在無線電通信中應用的產物。它在我國提出的3G系統SCDMA中，應用就更廣泛了。SCDMA系統的基站和終端都采用了高速數字處理器和高速A/D變換器，處理速度高于每秒5千萬次，全部基帶信號處理和變換都用軟件來完成。在SCDMA中軟件無線電將實現如下功能：
（1）提供一個開放的模塊化的系統結構；
（2）智能天線的實現；
（3）同步檢測、建立和保持；
（4）用戶終端口D-QPSK（差分正交移相鍵控）解調器中的載波恢復、頻率校準和跟蹤；
（5）每碼道功率的檢測和發射功率控制的實現；
�。�6）接收通道的電平檢測和接收增益控制；
（7）擴頻調制和解調，包括WALSH（沃什）碼和PN（偽隨機）碼的產生；
�。�8）語音編譯碼；
（9）DTMF（雙音多頻），MFC（多頻編碼）及各種信號的產生和檢測；
（10）信道編碼、復接和分接；
（11）發射脈沖成形濾波；
（12）SWAP（交換）信令的差錯檢測；
（13）接收信令的差錯檢測；
（14）發射通道的數字預失真；
（15）基站收發信機的校準。
在第三代系統中引入軟件無線電技術, 特別是利用軟件無線電技術建造第三代多模多媒體終端, 對軟件無線電的相關技術提出了非常高的要求。然而我們認為目前技術的進步已經為采用軟件無線電技術提供了堅實的基礎, 對于第三代移動通信,已經能夠實現相當程度上的軟件無線電: 理想的軟件無線電系統的天線部分應該能夠覆蓋全部無線通信頻段, 這對天線技術提出了較高的要求。對于第三代移動通信, 一般認為其頻帶寬180MHz～230MHz。利用組合式多頻段天線是能實現覆蓋的。
從上面可以看出軟件無線電技術在3G系統中的應用是非常廣泛的，而且只有軟件無線電技術才能解決3G系統中的多頻多模手機與基站問題。
四：結束語
軟件無線電(SWR)技術是近年來提出的一種實現無線通信的新的體系結構，它的基本概念是把硬件作為無線通信的基本平臺，而把盡可能多的無線通信及個人通信功能用軟件實現。這樣無線通信新系統、新產品的開發將逐步轉到軟件上來，而無線通信的產品價值將越來越多地體現在軟件上。這是無線通信領域繼固定到移動、模擬到數字之后的第三次革命，軟件無線電已成為第三代移動通信(3G)的戰略基礎，并正繼續朝產業化、全球化的方向發展，將在下個世紀形成和計算機及程控交換相當的巨大產業。<
