第三代移动通信系统中的软件无线电技术

目录摘要.........................................................IABSTRACT....................................................I1引言.........................................................22TD-SCDMA的发展............................................22.1TD-SCDMA的优势.............................................22.2TD-SCDMA的关键技术.........................................43软件无线电概述...............................................53.1软件无线电的概念...........................................53.2软件无线电的体系结构.......................................73.2.1软件无线电的硬件平台....................................73.2.2软件无线电的软件平台....................................83.3软件无线电的关键技术.......................................94TD-SCDMA对软件无线电技术的需求...........................134.13G系统中软件无线电的国内外研究............................134.2软件无线电在TD-SCDMA中的功能实现..........................145软件无线电技术在TD-SCDMA的应用...........................155.1软件无线电与TD-SCDMA不对称数据业务的实现..................155.2基于软件无线电的智能天线技术在TD-SCDMA中的应用............165.3TD-SCDMA终端基带模块中软件无线电的实现....................175.3.1移动终端的基本结构.....................................175.3.2TD-SCDMA基带模块的硬件方案............................195.3.3TD-SCDMA基带模块的算法流程............................20结论........................................................22致谢........................................................22参考文献......................................................20-I-第三代移动通信系统中的软件无线电技术研究摘要软件无线电技术是第三代移动通信系统TD-SCDMA中的核心技术之一。TD-SCDMA特有的TDD双工模式使得数字信号处理量大大降低，软件无线电把系统的功能模块用数字信号处理技术(DSP)实现软件化，实现了系统整体的可编程性。二者将相互融合、相得益彰。采用软件无线电技术必定会使拥有中国自主知识产权的第三代移动通信标准TD-SCDMA具有更强的竞争力。本文从3G系统和软件无线电技术的发展入手，重点论述在TD-SCDMA通信系统中的软件无线电技术的应用。关键词：软件无线电，TD-SCDMA，TDD，DSPSoftwareRadioTechnologyResearchinThirdGenerationMobileCommunicationSystemAbstractSoftwareradiotechnologyisoneofthecoretechnologyinTD-SCDMA,thethirdgenerationmobilecommunicationsystem.ThespecificTDDduplexmodeofTD-SCDMAmakestheamountofdigitalsignalprocessingsignificantlyreduced.Usingdigitalsignalprocessing(DSP)technology,softwareradiomakesthefunctionmoduleofthesystemrealizesoftwareandthesystemprogrammableasawhole.Bothwillbeofmutualintegration,complementingeachother.TheuseofsoftwareradiotechnologywillcertainlymakesTD-SCDMA,thethirdgenerationmobilecommunicationstandard,morecompetitive,whichpossessesindependentintellectualpropertyrightsinChina.Thisarticlestartingfromthe3Gsystemandthedevelopmentofsoftwareradiotechnology,emphasizestheapplicationofsoftwareradiotechnologyinTD-SCDMAcommunicationsystem.Keywords:softwareradio,TD-SCDMA,TDD,DSP-2-1引言随着计算机、通信技术、微电子技术的发展，无线通信技术经历了从单工通信到双工通信、模拟通信到数字通信、FDMA到TDMA以及CDMA系统通信、固定通信到移动通信的快速发展历程。但现代的无线通信系统仍存在许多局限性：互不兼容的多种通信体制的并存造成互联的困难；不同制式的存在造成信源编码与解码、信道调制与解调、加解密、网络协议、通信组网等方式的差异；不同频段的使用既造成频率资源的紧张又造成相邻频道间的干扰越来越严重；移动环境的动态范围的非优化，导致物理层上处理器的不灵活等。软件无线电作为实现通信的新概念和新体制，为解决上述问题提供了技术的支持。它被视为继模拟和数字技术后的又一次电子技术革命，是当今计算机技术、超大规模集成电路和数字信号处理技术在无线电通信中应用的产物，是目前国内外的研究热点。TD-SCDMA—TimeDivision-SynchronousCDMA,时分同步码分多址接入,其中CDMA是CodeDivisionMultipleAccess，码分多址访问技术。它作为目前主流3G标准中惟一由我国自行提出并具有知识产权的国际标准，随着3G产业的发展日益引起通信行业的重视。TD-SCDMA的发展和软件无线电技术的应用是密不可分的，二者的融合对改变我国移动通信产业现状，提高移动通信产业的自主创新能力和核心竞争力具有十分重要的意义。2TD-SCDMA的发展2.1TD-SCDMA的优势国际电信联盟(ITU)提出的第三代移动通信系统ITM-2000，目前提交了多种技术候选方案，而其中最有影响的三种技术方案为WCDMA(包括日本的WCDMA和欧洲的UTRA)、美国的cdma2000以及中国的TD-SCDMA。而TD-SCDMA相对3G的其他标准而言，具有其独特的优势，因此更为引人注目。在标准比较方面，具有的主要优势是:（1）TD-SCDMA采用时分双工（TDD）模式，有效支持不对称业务；（2）TD-SCDMA频谱分配灵活，不需要占用成对的上下行频谱，方便频率分配管理-3-部门进行频谱的规划；（3）成本低，无收发隔离要求，可以使用单片射频集成电路（RFIC）实现RF收发信机；低码片速率，频谱利用率高；（4）可与移动通信系统兼容。其中TDD是一种通信系统的双工方式，在移动通信系统中用于分离接收与传送信道（或上下行链路）。TDD模式的移动通信系统中接收和传送是在同一频率信道即载波的不同时隙，用保证时间来分离接收与传送信道；而FDD模式的移动通信系统的接收和传送是在分离的两个对称频率信道上，用保证频段来分离接收与传送信道。在频率规划方面，我国3G频率规划中的1880-1920MHz,2010-2025MHz以及2300-2400MHz共155MHz频段用于TDD模式，对于FDD模式上下行各分配了60MHz的频段，上行占用1920-1980MHz,下行占用2110-2170MHz,共120MHz，从3G频段的分配上体现了国家对于TDD模式(即TD-SCDMA)的重视。而美国FCC也为TDD模式预留了47MHz的频段，TD-SCDMA作为3G标准中惟一使用TDD模式的标准将独享这一频段。表1给出了三种3G标准的主要技术特性：表1三种3G标准的主要技术特性WCDMAcdma2000TD-SCDMA信道间隔5MHz1.25MHz1.6MHz接入方式单载波带宽直接系列扩频CDMA多址接入单载波直接序列扩频CDMA多址接入时分同步+CDMA多址接入双工方式FDDFDDTDD码片速率3.84Mchip/s1.2288Mchip/s1.28Mchip/s基站同步方式异步（不需GPS）同步为可选择同步（需GPS）同步（主从同步，需GPS）-4-WCDMAcdma2000TD-SCDMA调制方式QPSK(向前)BPSK(向后)QPSK(向前)BPSK(向后)QPSK(向前)BPSK(向后)帧长10ms20ms10ms切换软切换、频间切换，与GSM间的切换软切换、频间切换,与IS-95B间切换接力切换、频间切换,与GSM间切换语音编码自适应多速率可变速率可变速率业务特性适合于对称业务，如语音、交互式实时数据业务适合于对称业务，如语音、交互式实时数据业务尤其适合不对称业务由上表可以看出，采用不同双工模式的移动通信系统特点与通信效益是不同的。TDD模式的移动通信系统中上下行信道采用同样的频率，因而具有上下行信道的互惠性，这给TDD模式的移动通信系统带来许多优势。2.2TD-SCDMA的关键技术由于TD-SCDMA采用了智能天线、同步CDMA、软件无线电、联合检测等先进技术，使得设备的频谱利用率大大提高，系统容量增大，基站射频功率大幅度下降，单基站的设备成本降低，系统建设费用下降，因此分摊给用户的费用也随之下降，用户将得到很大的实惠。（1）TDD双工方式TDD能使用各种频率资源，不需要成对的频率，便于频率安排；TDD适应不对称的上/下行数据速率传输，根据业务量大小可自动调整上/下行时隙宽度，特别适用于IP数据业务；TDD上/下行工作于同一频带，对称的电波传播特性便于使用智能天线等新技术，达到提高性能和降低成本的目的；TDD系统设备成本较低。与FDD相比较，-5-无高收/发隔离的要求，可使用单片IC来实现RF收发信机，设备费用比FDD方式降低20%-30%。（2）智能天线技术把天线阵与高速数字信号处理技术相结合，运用波束成形技术为每一条码道提供一个天线波束，能动态地跟踪用户，确定其位置。智能天线增益高，可扩大小区覆盖范围，减少多址干扰，增加通信容量。由于TDD双工方式的上/下行链路使用相同的工作频率，能充分发挥智能天线的优势。（3）软件无线电技术TD-SCDMA的终端完全可用软件无线电来实现基带处理，可极大地降低终端的成本和功耗，可有效解决专网应用特殊终端专用芯片的用量小、价格下不来的矛盾，可用软件无线电来满足各种特殊应用需求。（4）联合检测技术把一个时隙中传输的多个用户信号与多径信号一起处理，能精确地解调出各个用户信号。同时智能天线与联合检测技术综合使用，可降低发射功率，提高接收灵敏度，增加系