利用軟件定義無(wú)線電(SDR)技術(shù)可使無(wú)線服務(wù)提供商降低運(yùn)營(yíng)成本，有效支持額外的服務(wù)如視頻和照相手機(jī)，而且通過(guò)傳輸以前需由多種獨(dú)立技術(shù)支持的數(shù)據(jù)流量，SDR可提高運(yùn)營(yíng)商的收入，因此這項(xiàng)技術(shù)已越來(lái)越受人矚目。
良好設(shè)計(jì)的SDR將有可能縮短新服務(wù)或新功能的上市時(shí)間。SDR對(duì)無(wú)線業(yè)的這種潛在影響具有重要的意義，雖然五年前SDR還僅僅是在一小群RF設(shè)計(jì)人員中流行的術(shù)語(yǔ)，今天卻已成為一項(xiàng)關(guān)鍵性的技術(shù)。
SDR不僅影響消費(fèi)類無(wú)線設(shè)備及其支持網(wǎng)絡(luò)，還影響政府、軍隊(duì)、公共安全以及無(wú)線運(yùn)營(yíng)商。SDR論壇的成員數(shù)量現(xiàn)已超過(guò)100位。SDR的商業(yè)運(yùn)用已被接受，而且商業(yè)技術(shù)正紛紛在無(wú)線平臺(tái)上部署SDR――蜂窩電話可能首當(dāng)其沖。
美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)對(duì)SDR的描述驚人地簡(jiǎn)單：“在一個(gè)SDR中，以前完全在硬件中執(zhí)行的功能，比如發(fā)射信號(hào)的產(chǎn)生以及接收到的無(wú)線信號(hào)的調(diào)諧和檢測(cè)等，現(xiàn)在則利用軟件控制高速信號(hào)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。”
類似地，SDR論壇把SDR設(shè)備定義為一個(gè)“工作與載頻無(wú)關(guān)的設(shè)備，并可以在各種傳輸協(xié)議環(huán)境內(nèi)運(yùn)行。”
在架構(gòu)上，這些定義意味著收發(fā)器將只在數(shù)字域中執(zhí)行基帶與RF之間的上/下變頻轉(zhuǎn)換，從而減少到發(fā)射信道功放的RF接口和用于接收路徑的低噪聲放大器(LNA)，并小化模擬濾波過(guò)程。
該論壇根據(jù)靈活性和能力水平定義了不同級(jí)別的SDR設(shè)備。0級(jí)設(shè)備指硬件無(wú)線電(HR),在硬件中執(zhí)行所有的無(wú)線電功能，任何功能變化都要求用物理手段實(shí)現(xiàn)。所有無(wú)線電都能夠進(jìn)行調(diào)諧以選取特定(有限制的)頻率范圍，而改變這種調(diào)諧需要一定時(shí)間。傳統(tǒng)上，在無(wú)線電硬件中定義了這些調(diào)諧特性，目的是使這些特性可編程化。
1級(jí)設(shè)備指軟件控制無(wú)線電(SCR)。在這個(gè)層面的SDR，只有控制功能是用軟件實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于給定的調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)，基帶處理和無(wú)線電前端是固定的。它利用同一個(gè)設(shè)備中的多個(gè)收發(fā)器來(lái)支持多種標(biāo)準(zhǔn)，而軟件負(fù)責(zé)控制哪一個(gè)收發(fā)器被激活。該類設(shè)備的一個(gè)例子是同時(shí)支持CDMA與GSM的雙模手機(jī)。
可重配置SDR被稱作2級(jí)SDR，是SCR自然發(fā)展的結(jié)果，目前在基站應(yīng)用中很普遍。這些設(shè)備采用軟件來(lái)控制各種不同的調(diào)制技術(shù)、寬帶和窄帶的運(yùn)行、安全以及現(xiàn)有和變化中的標(biāo)準(zhǔn)在寬泛頻率范圍上的波形要求。人們談到SDR時(shí)，一般指的是2級(jí)設(shè)備。
理想的軟件無(wú)線電被稱為3級(jí)無(wú)線電，包括2級(jí)可重配置SDR的所有功能，但免去了在數(shù)模轉(zhuǎn)換之前的模擬放大或外差混頻。在蜂窩手機(jī)的例子中，可編程性擴(kuò)展到整個(gè)系統(tǒng)，所有的模擬轉(zhuǎn)換都發(fā)生在天線、揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)上。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，產(chǎn)業(yè)的未來(lái)走勢(shì)是推出3級(jí)無(wú)線電，為此我們必須確定今天的SDR和3級(jí)無(wú)線電技術(shù)之間的差距。這就要求定義一些測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)之一是RF電路的復(fù)雜性。RF/模擬功能越多，SDR的靈活性越小，而RF/模擬電路越簡(jiǎn)單，SDR靈活性越大。一種潛在的更有效的標(biāo)準(zhǔn)是通過(guò)數(shù)字化RF/模擬領(lǐng)域中典型的信號(hào)處理功能，把無(wú)線電的可重配置性特征化。
SDR技術(shù)可被視作下一代RF系統(tǒng)的推動(dòng)力。對(duì)于今天的SDR應(yīng)用，很大一部分的計(jì)算能力都源于基帶處理設(shè)計(jì)的提高、更快速的接口總線和工藝節(jié)點(diǎn)的先進(jìn)性。軟件無(wú)線電目前仍然被瞄準(zhǔn)特殊頻帶和波形的專用RFIC所限制。為了實(shí)現(xiàn)低成本解決方案，數(shù)字功能必須利用的深亞微米CMOS技術(shù)工藝節(jié)點(diǎn)，如130納米、90納米和未來(lái)的65納米。
為了提供所需的動(dòng)態(tài)范圍和功率，RF和模擬電路需要的電源電壓比深亞微米CMOS技術(shù)所能支持的更高。由于數(shù)字處理中的電源電壓下降到1.5V及以下，閾值電壓大約為600mV，幾乎沒(méi)有什么凈空間可以用來(lái)進(jìn)行模擬領(lǐng)域的重要信號(hào)處理。隨著數(shù)字處理向工藝節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移，成本被降低，功能密度得以提高，但另一方面仍停留在較早工藝節(jié)點(diǎn)上的模擬和RF功能相對(duì)落后，因而降低了系統(tǒng)集成度，增加了系統(tǒng)成本，減少了SDR性能。
TI無(wú)線模擬技術(shù)中心的Bogdan Staszewski表示：“在以深亞微米CMOS工藝設(shè)計(jì)高度集成的RF電路時(shí)，我們面臨著一種跳躍式轉(zhuǎn)變，即數(shù)字信號(hào)邊緣轉(zhuǎn)換的時(shí)域分辨率優(yōu)于模擬信號(hào)的電壓分辨率。”
TI已在其新的數(shù)字無(wú)線電處理器架構(gòu)中廣泛利用這種轉(zhuǎn)變。該公司利用這種工藝在轉(zhuǎn)換速度和邏輯密度上的優(yōu)勢(shì)，已創(chuàng)建一種設(shè)計(jì)，可彌補(bǔ)現(xiàn)代數(shù)字工藝節(jié)點(diǎn)在模擬和RF功能方面的弱點(diǎn)。傳統(tǒng)的模擬和RF功能正在移植到數(shù)字域，以提高集成度，降低系統(tǒng)成本，終實(shí)現(xiàn)2級(jí)和超越SDR的能力。這些進(jìn)步以及在軟件可調(diào)/可配置性RF技術(shù)方面的進(jìn)步將帶來(lái)真正具成本效益的前端設(shè)計(jì)。到那時(shí)，SDR的商業(yè)化將真正開(kāi)始。
當(dāng)前，商用SDR技術(shù)主要使用在基站系統(tǒng)中，直到近才開(kāi)始開(kāi)發(fā)面向蜂窩手機(jī)市場(chǎng)的SDR技術(shù)。通過(guò)采用數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的模擬功能，SDR可以解決蜂窩手機(jī)中與RFIC設(shè)計(jì)有關(guān)的性能和成本挑戰(zhàn)，并滿足在裸片上包容更多功能的要求。對(duì)于這類設(shè)計(jì)，關(guān)鍵的考量因素從性能與設(shè)計(jì)成本轉(zhuǎn)向了靈活性、小外形尺寸以及產(chǎn)品差異性。雖然相關(guān)工作不斷取得進(jìn)展，但要獲得實(shí)際可行的商用2級(jí)和3級(jí)SDR系統(tǒng)還需幾年時(shí)光。
如果距SDR的廣泛應(yīng)用尚有段時(shí)間，為什么我們已經(jīng)聽(tīng)到有關(guān)感知無(wú)線電(CR)的話題呢？一般認(rèn)為，CR是一種能適應(yīng)頻譜環(huán)境和用戶行為的無(wú)線電系統(tǒng)，它通過(guò)正確選擇無(wú)線電接口、信道、數(shù)據(jù)速率等為用戶應(yīng)用提供的數(shù)據(jù)吞吐量。另一方面，SDR是一種只適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的無(wú)線電系統(tǒng)。
今天，采用同一個(gè)無(wú)線電，你不能同時(shí)利用2.4GHz和5GHz的WLAN信號(hào)，除非你實(shí)現(xiàn)兩個(gè)單獨(dú)的無(wú)線路徑來(lái)處理各自的波形。假設(shè)SDR技術(shù)將在今后幾年內(nèi)解決這一問(wèn)題，則下一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)就是找到一個(gè)能動(dòng)態(tài)接收或自動(dòng)發(fā)射不同類型波形的SDR解決方案，使它能自適應(yīng)于本地環(huán)境并搜索可用于通信的開(kāi)放頻率。為此，感知無(wú)線電成為學(xué)術(shù)及研發(fā)界的重要課題。