在短短五年之內(nèi)，蜂窩電話就會(huì)結(jié)合能夠靈活搜索和使用可用頻譜的軟件定義無線電(SDR)。然而直到今天，業(yè)界仍然缺少一種控制動(dòng)態(tài)頻率分配的標(biāo)準(zhǔn)方法，而且正在等待模擬器件取得突破，以便使SDR技術(shù)真正實(shí)用化。

在近期于舊金山舉辦的SDR論壇上，TI先進(jìn)無線架構(gòu)部的經(jīng)理Bill Krenik在其主題演講中指出，2010年采用長期演進(jìn)(LTE)標(biāo)準(zhǔn)(即將制定，目前正在由3GPP起草)的蜂窩電話將支持高達(dá)100Mbps的數(shù)據(jù)率。這些電話可能需要支持多達(dá)8種頻譜、5種調(diào)制方式和5種接入碼。

“不難看到，這些產(chǎn)品需要在不同頻段接入10到12種空中接口。這迫使我們做出調(diào)整。” Krenik表示。他呼喚隨著SDR中RF的進(jìn)步，業(yè)界應(yīng)該擁有統(tǒng)一的認(rèn)知無線電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來支持這些產(chǎn)品。

認(rèn)知無線電是一個(gè)涵蓋性術(shù)語，它指的是能夠感知、學(xué)習(xí)和適應(yīng)變化條件，并動(dòng)態(tài)分配所使用無線電頻率的系統(tǒng)。SDR是通過將信號(hào)處理進(jìn)一步數(shù)字化，部分處理這些任務(wù)的一種實(shí)現(xiàn)方法。

SDR論壇成員的陳述報(bào)告中強(qiáng)調(diào)了這樣的事實(shí)，SDR的系統(tǒng)和芯片架構(gòu)，以及對(duì)SDR和認(rèn)知無線電的監(jiān)管體制，現(xiàn)在都仍處于早期開發(fā)階段。

LTE電話需要的帶寬比現(xiàn)有手機(jī)的100倍還要高，但是現(xiàn)在即使超過20倍都不太可能。“因此認(rèn)知無線電將成為關(guān)鍵。”Krenik說。現(xiàn)在的問題是，研究者們并沒有關(guān)注動(dòng)態(tài)頻率分配中的近期問題，他在論壇中指出。

“關(guān)于認(rèn)知無線電我認(rèn)為目前的問題就是，當(dāng)某些極具才華的復(fù)雜工作完成后，五年之內(nèi)很難看到其產(chǎn)業(yè)化。”Krenik表示，“在TI，我們很希望看到在公司、政府以及大學(xué)的集體努力下，一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)的誕生。這樣的標(biāo)準(zhǔn)才是健康的，才具備被市場接受的真正潛力。”

分散的論壇

現(xiàn)在，各式各樣的行業(yè)組織都在研究認(rèn)知無線電，但卻沒有一個(gè)有能力和野心來組織全局工作。SDR論壇的目的就是解決SDR和認(rèn)知無線電問題，但是看起來卻缺少眾多芯片和系統(tǒng)廠商以及政府的積極參與。大約90人參加了本次的季會(huì)，其中有三分之一是參加該論壇。

許多主要的芯片和系統(tǒng)制造商，包括Alcatel、ADI、愛立信、飛思卡爾和諾基亞都不是論壇的成員。事實(shí)上，Krenik的講話標(biāo)志著TI的參與，而TI也不是該論壇的成員。

多達(dá)20個(gè)日本電子廠商的代表在2004年下半年繼對(duì)該組織的管理表示不滿后退出了論壇，日立國際電氣的技術(shù)顧問兼SDR論壇亞洲代表Takuzo Fujii表示。“論壇成員中沒有開發(fā)芯片的大公司，這是一個(gè)大問題。”Fujii認(rèn)為，“日本在GSM上犯了一個(gè)大錯(cuò)誤(沒有盡早參與)，而他們可能將在SDR上重蹈覆轍。”

前SDR論壇主席Mark Cummings目前仍在積極領(lǐng)導(dǎo)工作組，他指出，其實(shí)大批公司加入了工作組，而且另外一些也在進(jìn)行不同程度的參與和觀察，但是許多公司為了保護(hù)他們的知識(shí)產(chǎn)權(quán)都保持低調(diào)。

美國通用動(dòng)力決策系統(tǒng)公司的首席科學(xué)家Bruce Fette是該論壇的技術(shù)委員會(huì)主席，他透漏，像英飛凌這樣的芯片制造商已經(jīng)加入論壇，而且英特爾和微軟也派代表參加了本次會(huì)議。“現(xiàn)實(shí)情況是，我們的工作至今還沒有像對(duì)無線電背后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)那樣關(guān)注半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)。”Fette說。

而IEEE也在盡職盡責(zé)地進(jìn)行各種努力來解決SDR面臨的難題。成立的P1900工作組，就正在分析許多與認(rèn)知無線電有關(guān)的干擾問題；802.19工作組在研究免授權(quán)頻段下不同無線電網(wǎng)絡(luò)的共存問題時(shí)可能會(huì)觸及認(rèn)知無線電；而802.22和802.11工作組則在分別研究700MHz 和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)頻率分配問題。

為了鼓勵(lì)更加廣泛的討論，IEEE去年秋天舉辦了動(dòng)態(tài)頻譜分配網(wǎng)絡(luò)的新會(huì)議Dyspan。該會(huì)議在美國馬里蘭州的巴爾的摩市召開，僅比SDR論壇的洛杉磯年會(huì)提前一周，時(shí)間沖突對(duì)SDR論壇的領(lǐng)導(dǎo)地位產(chǎn)生了負(fù)面影響。

然而，許多公司的執(zhí)行官在兩個(gè)組織中都扮演著積極角色，并認(rèn)為Dyspan是一個(gè)不錯(cuò)的論壇，因?yàn)樗奂烁咚降慕?jīng)濟(jì)學(xué)者、規(guī)章制定者以及技術(shù)人員。“它讓不同領(lǐng)域的人坐在一起來想辦法，但它并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織。”新創(chuàng)企業(yè)Vanu公司的CTO John Chapin表示，該公司在兩個(gè)組織中都很活躍。

無論在何種場合，大量有關(guān)認(rèn)知無線電的基礎(chǔ)架構(gòu)決策仍在推敲之中。

SDR論壇已經(jīng)起草了一份“端到端”的可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)概念。近，它剛獲得了2,300萬美元的資助，用于將至少部分概念帶入下一個(gè)開發(fā)階段。14個(gè)國家的32個(gè)組織以各自方式參加了此項(xiàng)活動(dòng)，其中包括華為、諾基亞、松下和東芝。

SDR論壇已經(jīng)幫助開發(fā)了軍用軟件通訊結(jié)構(gòu)。但是Vanu的Chapin認(rèn)為，仍然迫切需要定義了系統(tǒng)接口和操作管理參數(shù)的相對(duì)應(yīng)商業(yè)產(chǎn)品。在本次的SDR論壇上，一位來自Virginia Tech公司的研究人員表示，SDR應(yīng)該以硬編碼算法實(shí)現(xiàn)還是作為一種由自適應(yīng)知識(shí)庫引導(dǎo)的“推理引擎”，仍然是個(gè)頗有爭議的問題。“現(xiàn)在還不是對(duì)技術(shù)進(jìn)行二選一的時(shí)候。”研究員David Maldonado說。

系統(tǒng)也需要一種標(biāo)準(zhǔn)語言來彼此對(duì)話，以便能夠重新配置以達(dá)到通訊，enVia II公司的總經(jīng)理Cummings(監(jiān)管論壇中此類工作)表示。“我們擁有一些可能的原型，而且正在收集描述無線電鏈路上每個(gè)部分的數(shù)據(jù)。”他說。

“但是蜂窩電話設(shè)計(jì)中真正的挑戰(zhàn)在RF前端，”TI的Krenik在論壇中表示，“在該領(lǐng)域我們還沒有解決方案。我們不得不和多個(gè)連接到天線的外部濾波器和多路開關(guān)打交道。我們希望看到該領(lǐng)域的創(chuàng)新以便獲得更高水平的可重構(gòu)性。”

一些新創(chuàng)企業(yè)正在尋求基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的解決方案，而現(xiàn)有企業(yè)也正在使用較為傳統(tǒng)的方法將分立器件封裝在芯片尺寸的模塊中。Krenik推測，或許在采用32納米工藝節(jié)點(diǎn)或更小節(jié)點(diǎn)后，AD轉(zhuǎn)換器擁有的采樣速度和顆粒度或許能夠直接與蜂窩電話的低噪聲放大器相連。

“目前恰恰是缺乏高度可調(diào)的無線接收裝置。”Vanu的Chapin表示，其新創(chuàng)公司很典型地在其多頻段軟件定義蜂窩基站中采用了多個(gè)固定頻段的無線電設(shè)備。

來自加州大學(xué)伯克利分校(UCB)的研究人員展示了其Corvus架構(gòu)背后的一系列想法，該架構(gòu)為認(rèn)知無線電定義了物理層和鏈路層。它使用三通道結(jié)構(gòu)，并需要在AD、電壓控制振蕩器和鎖相環(huán)部分進(jìn)行大量工作。

其實(shí)目前存在一些主要針對(duì)軍用的可調(diào)無線接收裝置，但是價(jià)格非常昂貴。Nova Engineering公司正在考慮將其3,000美元的軍用無線電接收裝置Stingray向商業(yè)用以及學(xué)術(shù)研究開放。Stingray裝在6 x 3 x 1英寸卡上，跨越頻段在200 MHz到2 GHz之間。該公司希望更佳的元件集成能夠使該子系統(tǒng)的成本終降低到1,500美元。

同時(shí)，加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的派生企業(yè)Silvus通訊系統(tǒng)公司也已經(jīng)開發(fā)了針對(duì)可調(diào)諧無線電物理層芯片的VHDL代碼，可以在賽靈思的Virtex-II FPGA上運(yùn)行，目標(biāo)瞄準(zhǔn)802.11n應(yīng)用以及原型研究。目前，該公司正與UCLA研究人員就認(rèn)知架構(gòu)進(jìn)行密切合作。

TI的路線圖

TI已經(jīng)開發(fā)了一系列未達(dá)到完全軟件定義的數(shù)控?zé)o線接收裝置，Krenik介紹。這些產(chǎn)品包括與Nokia合作開發(fā)的單芯片四頻段基帶處理器、集成功率管理和電池接口的單芯片藍(lán)牙器件，以及TI即將推出的Hollywood DVB-H調(diào)協(xié)/解調(diào)器，后者包括裝在1cm2大小模塊中的功率管理、模擬、存儲(chǔ)器和CPU特性。

“我們不稱其為SDR。它是數(shù)控?zé)o線電，其原理很好地預(yù)示了我們向SDR的轉(zhuǎn)變。”Krenik說。

大家很可能會(huì)猜測TI擁有相同的架構(gòu)來開發(fā)UMTS、Edge以及其它關(guān)鍵的空中接口，這完全正確，Krenik說。“一旦我們就該技術(shù)有一整套無線接收裝置，那么下一步就是看我們?nèi)绾螌⑺鼈冞M(jìn)行結(jié)合。”他補(bǔ)充說。

通過盡可能地結(jié)合RF和模擬器件，TI將逐步轉(zhuǎn)向SDR。“我們將向SDR發(fā)展，因?yàn)槌送鈩e無它法。但是無論我們做什么，我們的挑戰(zhàn)都在RF前端。”Krenik說。

作者: 麥利