软件无线电在CDMA接收中的应用
在cdma接收中引入软件无线电的方法，设计了基于软件无线电思想的cdma接收机的实现方案。
关键词：软件无线电，cdma，数字下变频，dsp
1引言
软件无线电（software radio）是无线电通信方面的一种新的变革。它的核心技术是用宽频带无线接收机代替原来的窄带接收机，将宽带的模拟／数字和数字／模拟变换器尽可能地靠近天线，而将电台的功能尽可能多地采用软件来实现。软件无线电的出现，使无线电技术由以硬件为主的时代走向以软件为主的时代。
由于受宽带天线、高速a／d及dsp等技术水平的限制，实现一个理想的软件无线电平台的条件目前还不具备。因此，现在对软件无线电的研究，一方面集中在上述关键技术的研究上；另一方面，更多地是在现有的技术条件下，研究如何最大程度地实现软件无线电所要求的通用性和灵活性，将软件化、通用化的设计思想体现到具体的应用中。
软件无线电概念提出以后，引起了各个领域的广泛关注。软件无线电的研究已不仅仅局限于最初的军事领域，它正成为目前民用通信，特别是移动通信领域研究的热点。由于通信技术发展日新月异，新的制式、标准不断涌现，使得软件无线电技术在移动通信系统中有着重要的应用价值。移动通信系统中的基站设备，由于受功耗、体积的影响较小，因而在现有的技术条件下易于采用软件无线电技术实现其部分功能。
cdma蜂窝移动通信系统以其频谱利用率高、频率规划简单、发射功率低、抗多径衰落性能好，能越区软切换、与模拟系统兼容等优点，引起了人们广
泛的关注，在移动通信和个人通信的发展史上产生了重要的影响，几乎所有的专家都认为cdma将是下个世纪无线通信最重要的多址接入手段。在cdma接收中采用软件无线电技术除具有一般软件无线电系统的优点外，还具有以下特殊优势：
（1）cdma系统采用码型来区分不同的信道，所以它可以采用1小区复用，即所有的蜂窝小区都使用同一载波频率，所有移动用户共享同一频段，其射频／中频处理模块无需理想软件无线电系统所必需具备的处理整个频带及灵活提取所需带宽信号的能力。
（2）cdma系统是容量受限的系统，任何降低干扰的方法都可以提高系统的容量，而基于软件无线电的cdma系统，更易于采用最新的抗干扰技术、算法以提高接收设备的抗干扰性能，使得整个系统具有易于升级和扩容的能力。
2接收机设计
理想的软件无线电采用宽带多频段天线、高速a／d、d／a转换器及高速的dsp／cpu完成传统无线电台的所有功能。由于受现有硬件发展水平的制约，实现真正的软件无线电目前还不可能。尤其对于cdma系统来说，其宽带特性更增加了后续dsp处理的难度。但是由于cdma系统中所有用户共享同一频带，因而大大降低了对射频前端及a／d器件的要求。利用数字下变频器从采样数据中获得接收信号的基带信号，使得dsp只需对基带扩频信号进行处理。在基带dsp的处理过程中，当同步捕获完成后，dsp对宽带扩频信号的处理只包括解扩运算，而解扩后的信号则可以通过抽取滤波降低信号速率，则后续处理只需对低速率的数据信号进行运算。
基于软件无线电的cdma接收框图，如图1所示。它主要由射频前端、数字下变频器、dsp处理板、接口模块和系统控制器组成。射频前端接收信号，完成从射频到中频的频谱搬移、信号的正交分解及带通滤波。在满足带通采样定理的条件下，a／d采样速率可取为两倍的chip速率，以降低对a／d器件及后续数字信号处理模块的要求。系统控制器主要完成系统参数的初始化设置，将dsp处理板解调送出的数据转换成所需的格式送接口模块。接口模块则提供与外部的数据接口。
图2为数字下变频器的结构框图。中频数字化输入信号通过数字正交混频，在通过可变化参数正交滤波，提取出所需要的频段。然后通过低通滤波和抽取滤波，以调整信号定时，产生采样速率为一个chip速率的两路正交基带信号。控制、状态模块提供与系统控制器的接口，接收系统控制器发来的控制字并完成对数字下变频器的状态设置。
数字下变频器可采用专用的数字下变频器件，也可以采用可编程逻辑器件实现。对数字下变频的要求是应具有一定的灵活性和可编程性，例如可以对本振频率进行调整、实现采样速率的灵活转换、定时调整功能及具有可编程的基带滤波器等等。系统控制器除完成系统的初始配置、提供解调数据与接口模块相互间的接口外，还因cpu处理速度的飞速发展，可以用来完成一些实时性要求不高的计算。
实现基于软件无线电的cdma基站接收单元的关键在于基带dsp的处理能力能否实时完成基带信号的运算。目前单片c6x的处理能力已达1600mips,而且许多公司已推出了专用于实现软件接收机的dsp处理板及相应的开发工具,如bluewave systems公司的cpci／c6400和spectrum公司的barce lona／ barcelona67等。目前的窄带cdma系统只需利用上述高速dsp处理板，完全可以完成诸如pn码捕获 、扩频信号产生、解扩等高速扩频信号的运算。而采用dsp实现基带低速数据处理过程中的解交织、信道译码、语音解码等运算，则已得到广泛的研究与应用。
为了提供高速数据传输和广泛的多媒体业务，第三代移动通信系统大都采用宽带cdma技术以提供语音、数据、图像等多种业务。对于宽带cdma系统，目前的dsp器件还难以实现对高速扩频信号的处理。由于这部分模块对信号的处理较为简单且相对固定，可以考虑采用fpga实现诸如本地pn码产生、pn码捕获及解扩等运算，而将解扩后的低速信号送至dsp进行处理。目前atmel的at40k系列及xilinx的xc6200系列fpga已具备了动态重构的能力，因而采用fpga器件实现的模块保持了一定的灵活性和可升级性。事实上，采用dsp与fpga相结合的混合体系结构来实现软件无线电系统，已成为目前软件无线电研究的一个重要方向。
由于目前器件水平的限制，软件无线电技术只能在移动通信系统的基带处理部分得到较好的发挥，但这并不意味着这一技术再无其它作为。一方面，可以采用软件无线电技术和传统方法结合的方式进行实验系统的研制，在实践中发现和解决软件无线电技术应注意的问题。另一方面，应超越器件水平的限制，进行深入的理论研究，提出新的解决方案和好的算法，为软件无线电的广泛应用打好坚实的基础。
3结束语
本文提出了采用软件无线电技术实现cdma接收的方案，分析了构成系统的各个模块的功能，并对在现有技术条件下实现上述方案的可行性进行了探讨。
为了满足未来个人通信要求而设计的第三代移动通信系统中，大都采用了宽带cdma技术。通过采用dsp器件与fpga器件相结合的方法，可以在一定程度上实现基于软件无线电的宽带cdma系统，使得最终实现真正意义上的未来个人通信系统成为可能。
参 考 文 献
1 郭梯云，杨家玮，李建东．数字移动通信．北京：人民邮电出版社，1995
2 孙立新，尤肖虎，张萍．第三代移动通信技术．北京：人民邮电出版社，2000
3 zoran kostic．digitalsignalprocessors in cellular radiocommunications．ieee comm－m ag．，december，1997
4 mark cummings．fpga in the software radio．ieeecomm－mag．，feb．，1999
5 jhong sam lee．cdma系统工程师手册．北京：人民邮电出版社，2001
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由于受宽带天线、高速a／d及dsp等技术水平的限制，实现一个理想的软件无线电平台的条件目前还不具备。因此，现在对软件无线电的研究，一方面集中在上述关键技术的研究上；另一方面，更多地是在现有的技术条件下，研究如何最大程度地实现软件无线电所要求的通用性和灵活性，将软件化、通用化的设计思想体现到具体的应用中。
软件无线电概念提出以后，引起了各个领域的广泛关注。软件无线电的研究已不仅仅局限于最初的军事领域，它正成为目前民用通信，特别是移动通信领域研究的热点。由于通信技术发展日新月异，新的制式、标准不断涌现，使得软件无线电技术在移动通信系统中有着重要的应用价值。移动通信系统中的基站设备，由于受功耗、体积的影响较小，因而在现有的技术条件下易于采用软件无线电技术实现其部分功能。
cdma蜂窝移动通信系统以其频谱利用率高、频率规划简单、发射功率低、抗多径衰落性能好，能越区软切换、与模拟系统兼容等优点，引起了人们广
泛的关注，在移动通信和个人通信的发展史上产生了重要的影响，几乎所有的专家都认为cdma将是下个世纪无线通信最重要的多址接入手段。在cdma接收中采用软件无线电技术除具有一般软件无线电系统的优点外，还具有以下特殊优势：
（1）cdma系统采用码型来区分不同的信道，所以它可以采用1小区复用，即所有的蜂窝小区都使用同一载波频率，所有移动用户共享同一频段，其射频／中频处理模块无需理想软件无线电系统所必需具备的处理整个频带及灵活提取所需带宽信号的能力。
（2）cdma系统是容量受限的系统，任何降低干扰的方法都可以提高系统的容量，而基于软件无线电的cdma系统，更易于采用最新的抗干扰技术、算法以提高接收设备的抗干扰性能，使得整个系统具有易于升级和扩容的能力。
2接收机设计
理想的软件无线电采用宽带多频段天线、高速a／d、d／a转换器及高速的dsp／cpu完成传统无线电台的所有功能。由于受现有硬件发展水平的制约，实现真正的软件无线电目前还不可能。尤其对于cdma系统来说，其宽带特性更增加了后续dsp处理的难度。但是由于cdma系统中所有用户共享同一频带，因而大大降低了对射频前端及a／d器件的要求。利用数字下变频器从采样数据中获得接收信号的基带信号，使得dsp只需对基带扩频信号进行处理。在基带dsp的处理过程中，当同步捕获完成后，dsp对宽带扩频信号的处理只包括解扩运算，而解扩后的信号则可以通过抽取滤波降低信号速率，则后续处理只需对低速率的数据信号进行运算。
基于软件无线电的cdma接收框图，如图1所示。它主要由射频前端、数字下变频器、dsp处理板、接口模块和系统控制器组成。射频前端接收信号，完成从射频到中频的频谱搬移、信号的正交分解及带通滤波。在满足带通采样定理的条件下，a／d采样速率可取为两倍的chip速率，以降低对a／d器件及后续数字信号处理模块的要求。系统控制器主要完成系统参数的初始化设置，将dsp处理板解调送出的数据转换成所需的格式送接口模块。接口模块则提供与外部的数据接口。
图2为数字下变频器的结构框图。中频数字化输入信号通过数字正交混频，在通过可变化参数正交滤波，提取出所需要的频段。然后通过低通滤波和抽取滤波，以调整信号定时，产生采样速率为一个chip速率的两路正交基带信号。控制、状态模块提供与系统控制器的接口，接收系统控制器发来的控制字并完成对数字下变频器的状态设置。
数字下变频器可采用专用的数字下变频器件，也可以采用可编程逻辑器件实现。对数字下变频的要求是应具有一定的灵活性和可编程性，例如可以对本振频率进行调整、实现采样速率的灵活转换、定时调整功能及具有可编程的基带滤波器等等。系统控制器除完成系统的初始配置、提供解调数据与接口模块相互间的接口外，还因cpu处理速度的飞速发展，可以用来完成一些实时性要求不高的计算。
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3结束语
本文提出了采用软件无线电技术实现cdma接收的方案，分析了构成系统的各个模块的功能，并对在现有技术条件下实现上述方案的可行性进行了探讨。
为了满足未来个人通信要求而设计的第三代移动通信系统中，大都采用了宽带cdma技术。通过采用dsp器件与fpga器件相结合的方法，可以在一定程度上实现基于软件无线电的宽带cdma系统，使得最终实现真正意义上的未来个人通信系统成为可能。
参 考 文 献
1 郭梯云，杨家玮，李建东．数字移动通信．北京：人民邮电出版社，1995
2 孙立新，尤肖虎，张萍．第三代移动通信技术．北京：人民邮电出版社，2000
3 zoran kostic．digitalsignalprocessors in cellular radiocommunications．ieee comm－m ag．，december，1997
4 mark cummings．fpga in the software radio．ieeecomm－mag．，feb．，1999
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