《SDR与CR技术创造新的无线世界》

　　20世纪是属于广播和电视的年代，而21世纪将属于支持便携式个人信息工具的双向交互式无线通信。这种通信的要求之一是使用小尺寸、低成本的无线电迅速从一种空中接口标准(AIS)变换到另一种空中接口标准，同时维持较长的电池寿命。软件无线电(SDR)正是可实现这种前景的技术。

　　与SDR效果相当的方法是构建多条独立的无线电链路，每条链路代表一种模式和频段。对于个人便携式设备(如手机)，这将导致更大、更昂贵的设备和更短的电池寿命。对于基站和接入点，这将导致通常所谓的"叉车式升级"，即要付出高昂代价来更换远程部件。对于上述两种情况，仍处于不断发展之中的AIS常常要贯穿多种设备的过渡期。

　　"认知无线电(CR)"是指无线电设备根据其环境的变化自动进行重配置。SDR不要求CR发挥作用以提供额外的好处。CR也不需要SDR，但如果它在SDR的基础上实现，则会产生更大的正面影响。IS-95(双模式第二代AIS)手机是在非SDR基础上实现CR的例子。该方案要求模式变化(调制技术)，但不要求频段变化(工作频率)。在SDR基础上实现CR应用的案例是建议将未使用的VHF电视频道用于无授权的应用中。

　　SDR和CR都是无线电技术渐进式发展的结果。在早期系统中，每项功能都是用分立的模拟器件来实现的。这导致相对较大、更昂贵、高功耗的系统，而且难以设计、制造、管理和现场维护。人们的愿望是减少尺寸、成本和功耗，同时使设备更易于现场管理，这推动着技术朝我们仍在继续努力的方向发展。

　　随着数字技术开始进入快速发展的阶段，复杂印制电路板上的分立模拟器件逐渐被取代。分立数字逻辑器件首先被用来实现人机接口、本地控制及协议栈等功能。随着微处理器的出现，分立逻辑器件又被称为微控制器的微处理器和软件所取代。逐渐地，面条式的代码控制器实现方案正在被架构式代码所取代。这是控制器功能的继续发展，并将在CR中物化。

　　随着终端设备和基础设施中高级软件、协议及控制器技术的发展，这提供了机会使我们可以提高消费者的易用性、网络运营商的易操作性、子系统及系统供应商的易支持性以及管理机构的频谱效率。

　　当基本的控制器功能在早期的微控制器中实现之后，人们的注意力开始转向低速信号处理。与前面的情况一样，模拟分立器件被数字逻辑器件所取代。然后，"乘法－累积"等特殊数学功能被添加到微处理器中就创造了数字信号处理器(DSP)。低速信号处理功能从分立数字逻辑器件转移到DSP和软件上。

　　此后，用于高速信号处理的模拟分立元件又被数字逻辑器件所取代。相同的过程预计将持续下去，最后高速信号处理将由微处理器和软件来实现。但人们发现一个根本性的障碍：所需的DSP处理器速度超出了单一流指令集处理器的能力。尽管处理器速度沿着摩尔定律曲线持续增长，直至最近才开始趋于平缓，但AIS的发展驱使对高速处理的需求超过了处理速度的增长。在90年代早期，基于可再配置逻辑器件的创新技术开始出现。随着这些解决方案在高速信号处理子系统中的应用，SDR这个术语开始形成。手机和基站的不同需求导致了不同的解决方案。基于第一代创新技术的子系统原定于今年面市。但因为更高水平的复杂性以及新AIS的更高要求导致了管理困难和技术问题，所以这些产品的上市时间被推迟了。

　　当可重配置逻辑和SDR被引入无线电领域时，RF前端使用的主导实现架构是在1915年获得专利的超外差技术。引起业界广泛关注的第一种超外差替代技术是直接变频架构，有时又称为"零差"或"零中频"。直接变频消除了超外差中上/下两级变频中的一级，从而可减少大约三分之一的器件。

　　无论是超外差还是直接变频架构都不能提供以前通过软件架构在其它子系统(基带和控制器)中获得的灵活性。新的创新架构正在开发之中，并将很快面市。它们承诺提供小尺寸、低器件数目、低功耗、低成本以及类似软件实体的可重配置功能。

　　在实际中实现多模、多频段系统所需的另一主要组件是多模、多频段天线。这里也需要创新架构。直到最近，对先进天线技术的开发活动仍主要集中在航天和国防领域。将为军事领域开发的创新架构成功移植到商用市场的早期尝试者是SkyCross公司，它目前正在提供一系列超小型、高效率、嵌入式的多模、多频段天线。因此，今天我们拥有支持SDR所需的所有必要技术。基于这些技术的系统正在被安装到现场，而军队是早期采用者。

　　在商用领域，公共交换电话网(PSTN)提供了一个综合平台。如果我拥有采用AIS X的移动设备而你拥有采用AIS Y的设备，而且如果我们能"看到"各自的基站，那么即使我们的移动设备不兼容，我们也能互相通信。之所以能实现这种通信是因为我们各自的基站能通过PSTN网络相连。军队不能这样做，而且为了使事情更机密，通信实体被武装起来，因此这些通信限制导致了极大的负面结果。

　　出于这些原因，军队一直愿意接受更大且更昂贵的系统，以便尽早安装它们。军事及商业领域中一些有远见的人士早在九十年代中期就认识到这个事实，并看到了商业部门从军队的早期投资中获益的机会。另一方面，随着商业部门介入开发，军队也将从之后的规模经济中受益。这是SDR论坛成立的背后动力之一。

　　今天，SDR系统正在进入实际的日常使用。军用产品被广泛部署，如美国的联合战术无线电项目。SDR基站正在进入市场，而且针对民间政府应用的SDR手机很可能在明年底发布。随着SDR成为各公司追逐的前沿技术，通过在SDR的基础上增加CR功能所能获得的好处开始引起人们的注意。在过去，对CR采取的各种行动受到"硬连线"架构的限制。随着SDR增加了可变性的范围，CR的潜在优势迅速提高。与这种灵活性一同增加的还有整个无线价值链上的厂家数量。这导致整个价值链和技术生命周期的复杂性迅速增加。

　　根据SDR论坛的考虑，应对这种复杂性的方法之一是创造一种业界标准的元语言，用于描述半导体、器件、子系统、系统及网络的功能。这样一种语言将提高整个价值链的效率，并有助于技术生命周期的管理。

作者: Mark Cummings
enVia II公司执行董事兼
SDR论坛主席
markcummings@envia.com