軟件無線電在CDMA接收中的應(yīng)用

　在CDMA接收中引入軟件無線電的方法，設(shè)計(jì)了基于軟件無線電思想的CDMA接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案。
??? 關(guān)鍵詞：軟件無線電，CDMA，數(shù)字下變頻，DSP
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1引言
　　軟件無線電（Software Radio）是無線電通信方面的一種新的變革。它的核心技術(shù)是用寬頻帶無線接收機(jī)代替原來的窄帶接收機(jī)，將寬帶的模擬／數(shù)字和數(shù)字／模擬變換器盡可能地靠近天線，而將電臺(tái)的功能盡可能多地采用軟件來實(shí)現(xiàn)。軟件無線電的出現(xiàn)，使無線電技術(shù)由以硬件為主的時(shí)代走向以軟件為主的時(shí)代。
　　由于受寬帶天線、高速A／D及DSP等技術(shù)水平的限制，實(shí)現(xiàn)一個(gè)理想的軟件無線電平臺(tái)的條件目前還不具備。因此，現(xiàn)在對軟件無線電的研究，一方面集中在上述關(guān)鍵技術(shù)的研究上；另一方面，更多地是在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，研究如何最大程度地實(shí)現(xiàn)軟件無線電所要求的通用性和靈活性，將軟件化、通用化的設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)到具體的應(yīng)用中。
　　軟件無線電概念提出以后，引起了各個(gè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。軟件無線電的研究已不僅僅局限于最初的軍事領(lǐng)域，它正成為目前民用通信，特別是移動(dòng)通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。由于通信技術(shù)發(fā)展日新月異，新的制式、標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，使得軟件無線電技術(shù)在移動(dòng)通信系統(tǒng)中有著重要的應(yīng)用價(jià)值。移動(dòng)通信系統(tǒng)中的基站設(shè)備，由于受功耗、體積的影響較小，因而在現(xiàn)有的技術(shù)條件下易于采用軟件無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)其部分功能。
　　CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)以其頻譜利用率高、頻率規(guī)劃簡單、發(fā)射功率低、抗多徑衰落性能好，能越區(qū)軟切換、與模擬系統(tǒng)兼容等優(yōu)點(diǎn)，引起了人們廣
泛的關(guān)注，在移動(dòng)通信和個(gè)人通信的發(fā)展史上產(chǎn)生了重要的影響，幾乎所有的專家都認(rèn)為CDMA將是下個(gè)世紀(jì)無線通信最重要的多址接入手段。在CDMA接收中采用軟件無線電技術(shù)除具有一般軟件無線電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下特殊優(yōu)勢：
　 （1）CDMA系統(tǒng)采用碼型來區(qū)分不同的信道，所以它可以采用1小區(qū)復(fù)用，即所有的蜂窩小區(qū)都使用同一載波頻率，所有移動(dòng)用戶共享同一頻段，其射頻／中頻處理模塊無需理想軟件無線電系統(tǒng)所必需具備的處理整個(gè)頻帶及靈活提取所需帶寬信號(hào)的能力。
　 （2）CDMA系統(tǒng)是容量受限的系統(tǒng)，任何降低干擾的方法都可以提高系統(tǒng)的容量，而基于軟件無線電的CDMA系統(tǒng)，更易于采用最新的抗干擾技術(shù)、算法以提高接收設(shè)備的抗干擾性能，使得整個(gè)系統(tǒng)具有易于升級(jí)和擴(kuò)容的能力。
2接收機(jī)設(shè)計(jì)
　　理想的軟件無線電采用寬帶多頻段天線、高速A／D、D／A轉(zhuǎn)換器及高速的DSP／CPU完成傳統(tǒng)無線電臺(tái)的所有功能。由于受現(xiàn)有硬件發(fā)展水平的制約，實(shí)現(xiàn)真正的軟件無線電目前還不可能。尤其對于CDMA系統(tǒng)來說，其寬帶特性更增加了后續(xù)DSP處理的難度。但是由于CDMA系統(tǒng)中所有用戶共享同一頻帶，因而大大降低了對射頻前端及A／D器件的要求。利用數(shù)字下變頻器從采樣數(shù)據(jù)中獲得接收信號(hào)的基帶信號(hào)，使得DSP只需對基帶擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行處理。在基帶DSP的處理過程中，當(dāng)同步捕獲完成后，DSP對寬帶擴(kuò)頻信號(hào)的處理只包括解擴(kuò)運(yùn)算，而解擴(kuò)后的信號(hào)則可以通過抽取濾波降低信號(hào)速率，則后續(xù)處理只需對低速率的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算。 　　基于軟件無線電的CDMA接收框圖，如圖1所示。它主要由射頻前端、數(shù)字下變頻器、DSP處理板、接口模塊和系統(tǒng)控制器組成。射頻前端接收信號(hào)，完成從射頻到中頻的頻譜搬移、信號(hào)的正交分解及帶通濾波。在滿足帶通采樣定理的條件下，A／D采樣速率可取為兩倍的chip速率，以降低對A／D器件及后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理模塊的要求。系統(tǒng)控制器主要完成系統(tǒng)參數(shù)的初始化設(shè)置，將DSP處理板解調(diào)送出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所需的格式送接口模塊。接口模塊則提供與外部的數(shù)據(jù)接口。
　　圖2為數(shù)字下變頻器的結(jié)構(gòu)框圖。中頻數(shù)字化輸入信號(hào)通過數(shù)字正交混頻，在通過可變化參數(shù)正交濾波，提取出所需要的頻段。然后通過低通濾波和抽取濾波，以調(diào)整信號(hào)定時(shí)，產(chǎn)生采樣速率為一個(gè)chip速率的兩路正交基帶信號(hào)?？刂?、狀態(tài)模塊提供與系統(tǒng)控制器的接口，接收系統(tǒng)控制器發(fā)來的控制字并完成對數(shù)字下變頻器的狀態(tài)設(shè)置。 　　數(shù)字下變頻器可采用專用的數(shù)字下變頻器件，也可以采用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。對數(shù)字下變頻的要求是應(yīng)具有一定的靈活性和可編程性，例如可以對本振頻率進(jìn)行調(diào)整、實(shí)現(xiàn)采樣速率的靈活轉(zhuǎn)換、定時(shí)調(diào)整功能及具有可編程的基帶濾波器等等。系統(tǒng)控制器除完成系統(tǒng)的初始配置、提供解調(diào)數(shù)據(jù)與接口模塊相互間的接口外，還因CPU處理速度的飛速發(fā)展，可以用來完成一些實(shí)時(shí)性要求不高的計(jì)算。
　　實(shí)現(xiàn)基于軟件無線電的CDMA基站接收單元的關(guān)鍵在于基帶DSP的處理能力能否實(shí)時(shí)完成基帶信號(hào)的運(yùn)算。目前單片C6X的處理能力已達(dá)1600Mips,而且許多公司已推出了專用于實(shí)現(xiàn)軟件接收機(jī)的DSP處理板及相應(yīng)的開發(fā)工具,如BlueWave Systems公司的CPCI／C6400和Spectrum公司的Barce lona／ Barcelona67等。目前的窄帶CDMA系統(tǒng)只需利用上述高速DSP處理板，完全可以完成諸如PN碼捕獲 、擴(kuò)頻信號(hào)產(chǎn)生、解擴(kuò)等高速擴(kuò)頻信號(hào)的運(yùn)算。而采用DSP實(shí)現(xiàn)基帶低速數(shù)據(jù)處理過程中的解交織、信道譯碼、語音解碼等運(yùn)算，則已得到廣泛的研究與應(yīng)用。
　　為了提供高速數(shù)據(jù)傳輸和廣泛的多媒體業(yè)務(wù)，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)大都采用寬帶CDMA技術(shù)以提供語音、數(shù)據(jù)、圖像等多種業(yè)務(wù)。對于寬帶CDMA系統(tǒng)，目前的DSP器件還難以實(shí)現(xiàn)對高速擴(kuò)頻信號(hào)的處理。由于這部分模塊對信號(hào)的處理較為簡單且相對固定，可以考慮采用FPGA實(shí)現(xiàn)諸如本地PN碼產(chǎn)生、PN碼捕獲及解擴(kuò)等運(yùn)算，而將解擴(kuò)后的低速信號(hào)送至DSP進(jìn)行處理。目前Atmel的AT40K系列及Xilinx的XC6200系列FPGA已具備了動(dòng)態(tài)重構(gòu)的能力，因而采用FPGA器件實(shí)現(xiàn)的模塊保持了一定的靈活性和可升級(jí)性。事實(shí)上，采用DSP與FPGA相結(jié)合的混合體系結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)軟件無線電系統(tǒng)，已成為目前軟件無線電研究的一個(gè)重要方向。
　　由于目前器件水平的限制，軟件無線電技術(shù)只能在移動(dòng)通信系統(tǒng)的基帶處理部分得到較好的發(fā)揮，但這并不意味著這一技術(shù)再無其它作為。一方面，可以采用軟件無線電技術(shù)和傳統(tǒng)方法結(jié)合的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研制，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)和解決軟件無線電技術(shù)應(yīng)注意的問題。另一方面，應(yīng)超越器件水平的限制，進(jìn)行深入的理論研究，提出新的解決方案和好的算法，為軟件無線電的廣泛應(yīng)用打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
3結(jié)束語
　　本文提出了采用軟件無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)CDMA接收的方案，分析了構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)模塊的功能，并對在現(xiàn)有技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)上述方案的可行性進(jìn)行了探討。
　　為了滿足未來個(gè)人通信要求而設(shè)計(jì)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，大都采用了寬帶CDMA技術(shù)。通過采用DSP器件與FPGA器件相結(jié)合的方法，可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)基于軟件無線電的寬帶CDMA系統(tǒng)，使得最終實(shí)現(xiàn)真正意義上的未來個(gè)人通信系統(tǒng)成為可能。
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