基于SDR技术的无线电设计方法

将先进的无线电标准转化为商业上可行的通讯设备，这其中面临很多困难，而一个重要的障碍就是无法通过简单的修改使产品适应多个链路级标准和带宽。这种状况限制了硬件的商业使用寿命，反过来又影响了设计参数。简言之，不能适应技术或市场需求变化的无线手机，将无法获得在工程资源方面的投资，而这恰是它们在竞争中存活下去的必要条件。

软件定义无线电(SDR)提供了一整套无线电技术，可以进行动态编程以支持各种不同的波形、满足新涌现的链路级连接标准、提供新的通信协议和特性，并能改善性能和提供新服务。美国军方目前已经使用SDR为士兵配备无线电，以便士兵能无线下载软件模块，并与使用不同波形和频率的支援飞机、侦察机以及其它军事系统建立联系。

SDR技术可以为商用无线手机供应商带来类似的优势吗？这些供应商不仅面临较短产品生命周期和不同设备标准的困扰，还具有极高的成本敏感度。原则上，SDR似乎能够提供现成且极具吸引力的解决方案，但在设计和实施优化方案的时候，SDR却面临严峻挑战。总体而言，如果一个硬件平台足够通用以支持软件中的各种特性，那么它就必须集成昂贵的元件或消耗大量的功率，或者两者皆有。有没有方法能够打破这种性能权衡的怪圈呢？

当然我们有足够的动机要这样做。在连接的另一端，也就是基站，这样做或许可以得到相当大的回报。手机产品生命周期短暂这个现实，使一个直接的软件方案对手机而言或许不像对无线基站那样有很大的吸引力，通常人们认为后者更加昂贵而且拥有更长的预期使用寿命。用软件处理取代缺乏多频带能力的专用波形处理硬件，在一个基站的使用年限内可以为运营商节省数十万美元。

但是手机的基本原理与基站不同。手机的目标是：内置支持功能使用户可以添加新的服务，可以在跨国旅行中获得有效的传输信号。这就要求手机具有接收并解码各种波形(可能穿越多种带宽)的能力。

基础设施则不需要支持多个标准，但是它必须能在现有标准与时俱进演变的过程中不断提供相应的支持，它必须能够为基站“提供一张CD”，而后安装软件进行升级，这种升级在一个已经确定的波形标准中实现着变化，或者通过增加协议来实现新特性。

对多个规范的支持

但是设计方法与具体的硬件架构紧密相连，这就导致了从规范到最后崭新硬件平台的推出全都要从头开始。这也就是为什么对硬件元器件的选择可能造成设计方案极大不同的原因。

信号进行数字化的过程越快，就越能更快利用软件模块来适应不同的特性。考虑到设计的总体权衡，A/D转换提供了一个机会。可以采用以下方式进行：根据必须处理的通信信道数来优化功率和成本，以满足特殊需求。例如，与语音通信相比，可能要为网上冲浪分配更多的信道。

Pentek公司的方案(图1)是考虑利用可以实现特定用途功能的FPGA来替代标准硬件部件。“如果能对FPGA进行编程来处理数字化输入，而且其处理能力与几个标准DSP的效果相当，那么整体成本和功耗肯定会大大降低。”Pentek的副总裁Rodger Hosking表示。

TI则采取了相反的作法，它将注意力集中在打造灵活的标准硬件上，以此来处理不断增多的波形、带宽和协议。“我们从几年前就开始这样做了。”TI无线部CTO Bill Krenik这样说，“手机具有处理新带宽所需的扩展功能，将这种能力整合进硬件平台并且利用软件实施控制的方案具有更高的性价比。”

TI能够改善其制造工艺来满足这些需求。TI目前的65nm工艺能针对多个标准整合硬件，而在未来几年随着需求的增长，TI预期将能转向32nm。据TI透露，这样做不仅可以为集成更多标准提供空间，而且还可以降低整体功耗。

建模和仿真确有帮助吗？

为今后以及仍未知的通讯特性打造一个不充分的硬件平台所带来的风险，在这些特性以软件实现之前是无法预知的。设计师或许在部署了某个硬件平台之后，才能确定它缺乏支持所需特性的性能或电池功率，而为了进一步发展，就必须逐步淘汰这个平台。