无线通信领域FPGA的应用分析

1.1无线通信综述

进入21世纪以来，无线通信技术正在以前所未有的速度向前发展。随着用户对各种实时多媒体业务需求的增加和互联网技术的迅猛发展，可以预计，未来的无线通信技术将朝着数字化、综合化、宽带化、智能化和个人化的方向发展，这对社会的进步和经济的发展都有着举足轻重的作用。

随着无线通信范围的扩大，无线通信系统也有越来越多的类型，可以分为微波通信系统、无线电寻呼系统、蜂窝移动通信、无绳电话系统、集群无线通信系统、卫星通信系统、分组无线网等典型的通信系统。其中的移动通信技术在世界范围内获得了广泛的应用，成为令人神往的高技术风景线，但就正式商业运营而言，至今也不过只有30年的历史。从其发展历程来看，大约每十年更新一代，目前处于第二代（2G）和第三代（3G）的交接期。

第一代（1G）以模拟式蜂窝网为主要特征。20世纪70年代末，随着半导体技术的发展和微处理器的出现，使蜂窝系统实现的复杂度大大降低，从而进一步推动了蜂窝移动通信技术的发展。这期间，美国推出了AMPS（Advanced Mobile Phone System）系统，欧洲推出了TACS（Total Access Communication System）系统。1G主要采用频分多址（FDMA）方式实现对用户的动态寻址功能。

第二代（2G）以数字式蜂窝为主要特征，于20世纪90年代初走向商用。其中，各国相应推出了今天广为人知的GSM和IS-95CDMA等系统。2G主要采用时分多址（TDMA，如GSM中）和码分多址（CDMA，如IS-95CDMA中）实现对用户的动态寻址功能。此外还在对信道动态特征匹配上采用了抗干扰性能优良的数字式调制（GMSK、QPSK）、纠错编码（卷积码、级联码）、信道交织编码、自适应均衡和Rake接收等技术。同时，无线数据网络得到了极大的发展，按照覆盖范围从大到小可以分为移动数据网、无线局域网（WLAN，以IEEE802.11系列标准为典型代表）和无线个域网（WPAN，以蓝牙（Bluetooch）技术为典型代表）。

第三代（3G）以多媒体业务为主要特征，于本世纪初刚刚投入商业化运营，图1-1给出了现有无线应用解决方案的数据速率和灵活性。3G无线网络可以分为3G蜂窝网和由各种WLAN、WAPN系统组成的宽带接入系统。其中最具代表性的蜂窝网有北美的CDMA2000，欧洲与日本的WCDMA以及我国的TD-SCDMA系统，都以码分多址（CDMA）实现对用户的动态寻址功能，以2G为基础，以业务多媒体化为主要目标。各种与蜂窝系统相补充的宽带接入系统也得到了迅速发展，特别是以IEEE802.16系列标准（WiMAX）为代表的无线城域网技术，成为有线接入和3G蜂窝网强有力的竞争对手，并于2007年10月成为ITU的3G标准之一。WiMAX技术可实现点到多点的通信，可提供高速的双向语音、数据、视频服务。同时无线广域网的技术也在进一步发展中，期望填补现有技术(蜂窝网、WLAN、WPAN和WMAN)之间的空白，提供比现有宽带接入技术更高的移动性，比蜂窝网更高的数据传输速率。

图1-1不同无线应用解决方案的数据速率和灵活性示意图

目前，世界各国均已展开对下一代移动通信系统（B3G/4G）的研究和开发，以期达到理想的通信目标，并取得了一定的阶段性成果。日本NTT DOCOMO公司、韩国电子通信研究所（ETRI）都已进行了野外测试，推出了一系列高速的实验系统。我国面向B3G的FuTURE计划于2001年启动，并于2006年12月在上海进行了TDD-OFDM系统测试和验收，验收结果表明该系统已达到了国际领先水平。B3G/4G主要采用OFDM、多跳、中继和多天线等新技术，将向用户提供100Mbps甚至1Mbps的数据速率。这些先进的技术大大提高了无线通信系统的数据传输速率和通信的可靠性，增强了系统功能，扩大了应用领域和服务范围。可以预计，无线通信的未来更令人瞩目和神往。