無線通信領域FPGA的應用分析

1.1無線通信綜述

進入21世紀以來，無線通信技術正在以前所未有的速度向前發(fā)展。隨著用戶對各種實時多媒體業(yè)務需求的增加和互聯(lián)網(wǎng)技術的迅猛發(fā)展，可以預計，未來的無線通信技術將朝著數(shù)字化、綜合化、寬帶化、智能化和個人化的方向發(fā)展，這對社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展都有著舉足輕重的作用。

隨著無線通信范圍的擴大，無線通信系統(tǒng)也有越來越多的類型，可以分為微波通信系統(tǒng)、無線電尋呼系統(tǒng)、蜂窩移動通信、無繩電話系統(tǒng)、集群無線通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、分組無線網(wǎng)等典型的通信系統(tǒng)。其中的移動通信技術在世界范圍內(nèi)獲得了廣泛的應用，成為令人神往的高技術風景線，但就正式商業(yè)運營而言，至今也不過只有30年的歷史。從其發(fā)展歷程來看，大約每十年更新一代，目前處于第二代（2G）和第三代（3G）的交接期。

第一代（1G）以模擬式蜂窩網(wǎng)為主要特征。20世紀70年代末，隨著半導體技術的發(fā)展和微處理器的出現(xiàn)，使蜂窩系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜度大大降低，從而進一步推動了蜂窩移動通信技術的發(fā)展。這期間，美國推出了AMPS（Advanced Mobile Phone System）系統(tǒng)，歐洲推出了TACS（Total Access Communication System）系統(tǒng)。1G主要采用頻分多址（FDMA）方式實現(xiàn)對用戶的動態(tài)尋址功能。

第二代（2G）以數(shù)字式蜂窩為主要特征，于20世紀90年代初走向商用。其中，各國相應推出了今天廣為人知的GSM和IS-95CDMA等系統(tǒng)。2G主要采用時分多址（TDMA，如GSM中）和碼分多址（CDMA，如IS-95CDMA中）實現(xiàn)對用戶的動態(tài)尋址功能。此外還在對信道動態(tài)特征匹配上采用了抗干擾性能優(yōu)良的數(shù)字式調(diào)制（GMSK、QPSK）、糾錯編碼（卷積碼、級聯(lián)碼）、信道交織編碼、自適應均衡和Rake接收等技術。同時，無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡得到了極大的發(fā)展，按照覆蓋范圍從大到小可以分為移動數(shù)據(jù)網(wǎng)、無線局域網(wǎng)（WLAN，以IEEE802.11系列標準為典型代表）和無線個域網(wǎng)（WPAN，以藍牙（Bluetooch）技術為典型代表）。

第三代（3G）以多媒體業(yè)務為主要特征，于本世紀初剛剛投入商業(yè)化運營，圖1-1給出了現(xiàn)有無線應用解決方案的數(shù)據(jù)速率和靈活性。3G無線網(wǎng)絡可以分為3G蜂窩網(wǎng)和由各種WLAN、WAPN系統(tǒng)組成的寬帶接入系統(tǒng)。其中最具代表性的蜂窩網(wǎng)有北美的CDMA2000，歐洲與日本的WCDMA以及我國的TD-SCDMA系統(tǒng)，都以碼分多址（CDMA）實現(xiàn)對用戶的動態(tài)尋址功能，以2G為基礎，以業(yè)務多媒體化為主要目標。各種與蜂窩系統(tǒng)相補充的寬帶接入系統(tǒng)也得到了迅速發(fā)展，特別是以IEEE802.16系列標準（WiMAX）為代表的無線城域網(wǎng)技術，成為有線接入和3G蜂窩網(wǎng)強有力的競爭對手，并于2007年10月成為ITU的3G標準之一。WiMAX技術可實現(xiàn)點到多點的通信，可提供高速的雙向語音、數(shù)據(jù)、視頻服務。同時無線廣域網(wǎng)的技術也在進一步發(fā)展中，期望填補現(xiàn)有技術(蜂窩網(wǎng)、WLAN、WPAN和WMAN)之間的空白，提供比現(xiàn)有寬帶接入技術更高的移動性，比蜂窩網(wǎng)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

圖1-1不同無線應用解決方案的數(shù)據(jù)速率和靈活性示意圖

目前，世界各國均已展開對下一代移動通信系統(tǒng)（B3G/4G）的研究和開發(fā)，以期達到理想的通信目標，并取得了一定的階段性成果。日本NTT DOCOMO公司、韓國電子通信研究所（ETRI）都已進行了野外測試，推出了一系列高速的實驗系統(tǒng)。我國面向B3G的FuTURE計劃于2001年啟動，并于2006年12月在上海進行了TDD-OFDM系統(tǒng)測試和驗收，驗收結(jié)果表明該系統(tǒng)已達到了國際領先水平。B3G/4G主要采用OFDM、多跳、中繼和多天線等新技術，將向用戶提供100Mbps甚至1Mbps的數(shù)據(jù)速率。這些先進的技術大大提高了無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和通信的可靠性，增強了系統(tǒng)功能，擴大了應用領域和服務范圍?？梢灶A計，無線通信的未來更令人矚目和神往。