近年來，A/D/A轉換、可編程邏輯器件、存儲器以及處理器方面的技術取得了長足的進展，產品的性價比不斷提高，這為軟件無線電技術從研究領域走向大規模商用提供了前提條件。軟件無線電技術的主要工作是信號處理，DSP技術的迅速發展使得信號處理可以由軟件來實現，這為無線空中接口的實現提供了高度的靈活性。隨著移動和個人通信市場的發展，用戶的需求也日益多樣化，現在的第二代通信系統也必須平滑過渡到第三代系統，這對未來移動系統的靈活性和創新性也提出了更高的要求。技術和市場的發展，促進了軟件無線電技術在第三代移動通信系統中的應用。

軟件無線電與未來移動通信系統

傳統上，軟件無線電的基本思想在于：把天線上的信號或中頻信號由高性能模數轉換器進行數字化后，再傳送給高性能終端(計算機、移動電話等)處理；終端內部的軟件用來實現各種無線通信的基本功能單元，使得無線通信系統擺脫硬件系統結構的束縛。近幾年來，人們對軟件無線電的研究正在趨向深入，產生了對軟件無線電更加寬泛的定義，它把移動終端看成具有高度適應性和靈活性的未來移動計算平臺。我們可從以下三個層面來看廣義的軟件無線電技術：

①無線物理層的軟件無線電技術

②支持軟件無線電的協議結構

③移動終端支持的業務與應用

以上三個方面都可以看作是軟件無線電所要實現的目標，但三者之間又是相互獨立的。鑒于已有許多文章對無線物理層的軟件無線電技術進行了討論，本文將從上述的后兩個層面介紹軟件無線電技術在未來移動系統中的應用。協議結構的構建和交換消息的研究應與移動通信系統的網絡結構設計聯系起來，這樣可以建立一個在未來研發過程中通用的結構框架和系統平臺，大大增加了系統設計的靈活性和創新性。

第三代移動系統的系統設計思想

多種接入方式

雖然第三代移動系統的標準尚未最終確定，但是，有一點人們已經達成共識，即：在向第三代系統演進的過程中，要保護運營商和制造商在第二代系統上的投資，并允許其平滑過渡到第三代系統。這樣就需要建立一個公用的基礎結構，支持多種空中接口標準，以實現從第二代向第三代的平滑過渡。

圖1表示了世界范圍內的第二代無線接入子系統的地域多樣性。為了支持地區性的第二代無線接入方式，系統就要支持多種空中接口，這就需要一個兼容多種接入技術的交換平臺。另外，對第三代移動系統本身，在不同的情況下，也需要不同類型的空中接口。例如：在語音業務繼續發展并占市場主導地位的同時，移動IP應用在蓬勃發展，這將會促進CDMA TDD技術的發展，因為TDD技術在傳輸非對稱數據方面具有靈活性。

圖1.世界各區域第二代的后向兼容性與第三代標準

　　 不但以前的各類空中接口可以接入未來公用骨干網，IMT-2000的無線傳輸系統也應能有效的運轉于現存的各種類型的網絡平臺。這就要求用模塊化的方法來標準化IMT-2000，以增強各類系統之間的互通性。

IMT-2000的模塊化結構

為便于向第三代系統的演進，ITU提出了一個建議“FPLMTS內的模塊化與無線通用性結構框架”，它描述了在處理與射頻有關的IMT-2000的問題時所采用的模塊化原則。根據這種原則，可以把現存的不同網絡融合到第三代移動系統中。

圖2. IMT-2000系統模型

　　圖2表示IMT-2000的系統結構模型，它使用了模塊化的思想。在此模型中，接入網(Radio Access Network，以下簡稱RAN)與核心網(Core Network，以下簡稱CN)之間有明確分界，RAN和CN之間的Iu接口是除了空中接口Uu外，ITU所要標準化的另外一個重要接口。

RAN允許新的無線接口接入到現存的第二代網絡，同時也支持現存的多種空中接口向IMT-2000核心網的接入。RAN就好像一個交換網絡，它為不同的空中接口模塊提供統一的數據通信服務，以實現與核心網的連接。

RAN可以分成以下兩個模塊：

* 無線承載公用功能模塊(RBCF)，包括所有的與無線接入方式無關的控制和傳輸功能，用于在核心網和服務于IMT-2000的不同運營環境的無線傳輸技術之間做出適配。

* 無線傳輸專用功能模塊(RTSF)，包括所有與射頻技術有關的功能，它又可分為無線傳輸技術模塊(RTT)和相關的無線傳輸適配功能模塊(RTAF)。RTT功能位于空中接口的兩側，即移動終端MT和接入網RAN的兩側。RTAF用來把不同的RTT適配到公用的接入部分。

在核心網CN內，除了IMT-2000核心網，也要支持第二代的核心網，這種情況下，它們與IMT-2000核心網的互聯由相應的互通功能模塊(IWF)來實現。同樣，如果采用相應的適配模塊（AF），第二代的核心網也能支持IMT-2000的無線接入和它們的終端。

根據以上的結構安排，各運營商有了統一的目標系統模型，它們可以通過不同的途徑演進到第三代系統。采用模塊化結構，不同的無線接入方式和網絡模塊，通過合適的方法都可以安排到未來的系統中去。

總之，這樣的模塊化結構，有兩個主要特點：

* 把RAN劃分成依賴于射頻(RD)和獨立于射頻(RI)的兩個部分。

* 在固定網和接入網之間定義了一個統一的接口(即Iu接口)。

未來移動系統的設計思想

圖3.支持軟件無線電的系統劃分

　　ITU和ETSI都認為采用單一的無線接入技術不能滿足未來移動通信的要求。而軟件無線電被認為是解決多種接入方式的長遠方案。很顯然，要把軟件無線電的概念用于下一代移動系統中，把系統分成RI和RD兩部分是一個先決條件.

從圖3中可以看出，在第三代通信系統中，把依賴于射頻的功能塊（RD）從UMTS核心網中分離出來，放置在MT和BTS部分，而在無線接入系統和核心網內提供最大的通用性和射頻獨立性。

要達到射頻獨立的目標，系統控制協議(如：呼叫處理、移動性管理和切換控制等)要用統一的方式來定義。這些協議應具有通用性，其消息的參數應該有足夠的靈活性，以滿足不同的空中接口的要求。這些通用的系統控制協議可以承載與射頻有關的信息，但是必須用獨立于射頻的方式去承載它們。

另外，UMTS固定網子系統也應該是通用的，它的各組成部分必須與射頻無關。通過把大多數依賴于射頻的功能分離到無線接入部分(即：MT和RAN)，當需要支持一個新的無線接口時，只需對MT和RAN的射頻依賴模塊進行軟件更新，而對固定網和終端幾乎不需做任何修改，這樣就大大削弱了各個功能模塊之間的耦合程度。

在圖3的結構中，對MT和RAN上的RI/RD接口定義后，RI和RD部分可以獨立開發。當要增加新的需求時，更新只集中在RI部分，而不影響RD部分；為了支持不同的無線接入方式，RD功能集的更新也不影響RI部分，當然，這種更新只有在新的RD功能集符合已定義的RI/RD接口的情況下才能實現。這樣就提供了一個模塊化的、靈活的、面向未來的設計思路。

RD和RI部分的劃分以及RI/RD接口的定義，保證了軟件無線電的概念可被用于支持不同的無線接入方案(如：WCDMA，TD-CDMA等)，而它們在UMTS網絡中，有公用的核心網。RD功能塊可用軟件配置到需要的無線接入方案，而對RI功能的影響非常小。支持軟件無線電的協議結構

在系統結構中，假定軟件存貯于核心網內一個專用的業務中心，根據一定的控制協議，可以把軟件下載到接入網的射頻獨立部分或移動終端。對于支持軟件無線電的協議結構的討論將集中在兩個接口Uu和Iu上。

圖4.UMTS網絡協議結構

圖4表示了UMTS協議的框架結構。在這個結構中，接入網和核心網分離的目的在于在接入功能和核心網功能之間建立一個明確的分界。這種分界在UMTS中非常重要，這樣可以保證接入網和核心網的獨立發展，同時允許特定的接入網接入到不同類型的核心網。

在此協議框架結構中，引入了接入層和非接入層的概念。接入層負責與接入有關的功能，可以看成UE與CN間的傳輸通道，它包括嵌入接入網的所有層，與接入網相連的UE和CN的底層部分。非接入層執行典型的UE-CN過程，如呼叫處理和移動性管理等，這對接入層是透明的。接入層通過業務接入點（SAP）向非接入層提供業務。在這些業務中，有UE與CN間的控制信令的信令連接和用戶數據的無線承載。

根據上面的框架結構，控制軟件下載到接入網的協議應該在接入層，而控制下載到UE的協議應該在非接入層。

在接入層內，為了處理軟件下載，應定義CN和RAN之間的軟件無線網絡應用協議（SRNAP）。此協議需要有尋址能力，以便對可以執行軟件更新的物理實體進行尋址。在應用中，對協議的區分也是必要的，這樣可以在同一個物理實體內尋址不同的軟件模塊。

在非接入層內，應用層上除了包括傳統的呼叫處理和移動性管理實體外，還應包括軟件無線電控制協議實體，它負責建立和維護用戶平面內用于實際文件傳輸（軟件下載）的資源，還應能夠執行命令來激活已經存在的軟件模塊。這樣就保證了系統極大的靈活性并使之獨立于具體的物理實現。 　　軟件下載時，在接入網內，Iu接口上的傳輸層可以用基于ATM平臺的IP協議來實現。下載大文件時，要用AAL5作為專用于軟件無線電的協議結構的ATM適配層。在無線接口上，要定義一個點到多點的無線信道，以保證在任何網絡中軟件下載的可行性。因為在文件傳輸中沒有非常嚴格的時延限制，所以為了充分利用無線資源，此信道上的傳輸層應該使用數據包傳輸機制。業務與應用

從GSM的發展過程來看，它最初的目標是支持具有廣大市場前途的數字語音業務和附加業務，在沒有明朗的數據通信市場前景的情況下，GSM只提供了有限的數據通信能力，如：短消息業務。近年來，Internet的高速發展成為數據通信市場發展的巨大推動力。Internet的發展展示了用戶在通信性能、價格、功能和內容等方面的需求。目前，這些用戶需求的實現正在從固定網轉向移動網，IP網絡會逐漸占有網絡傳輸中越來越大的份額。

同時，個人計算與個人通信的融合趨勢也大大加快。目前，業界已達成共識：未來個人通信業的增值將依賴于應用的開發和軟件的提供。適應這種發展趨勢，未來個人通信設備必須支持更加靈活多變的、獨立于物理層和協議結構的軟件應用。

計算和通信業的共同合作將促使業務的開發與應用變得更加靈活和開放。大多數業務經過短時間的開發，都將可以進入市場，并應用于第二代和第三代移動系統。例如，Java技術引進通信領域，使得Java在未來移動終端應用的開發上將發揮重要作用。智能卡技術的發展，電子商務的興起都將在未來的應用和開發方面發揮重要作用。WAP、Bluetooth正在為更多的移動設備提供更加靈活的業務支持。SIM卡工具包的發展使GSM可以支持更靈活的業務。

在應用和業務領域內軟件無線電思想的引入將為未來移動通信業的發展創造一個新的契機。用戶將能得到更加豐富多樣的服務，業務的多樣性使運營者有更多機會獲得贏利，網絡運營商將能大幅度提高網絡的利用率,并可以從第三方(例如:廣告商)獲得贏利。結論

在第三代移動通信系統中，通過在無線接入子系統和固定網之間定義一種簡單的接口(Iu接口)，把網絡分成獨立于射頻和依賴于射頻兩個部分，使系統模塊化，將易于軟件無線電的實現。這種模塊化的方法，大大減小了軟件無線電更新對系統帶來的影響，而大大增加了系統的靈活性。在未來的移動通信系統設計中，軟件無線電技術必將發揮更加重要的作用。