頻率干擾難突破 軟體定義無線電實現仍遠

2007-02-16
無線傳輸標準層出不窮,也帶動無線設備對於多重無線介面與調變格式的需求跟著提升。尤對多重通訊系統的發展而言,若是無法針對各種無線通訊平台建立相容性與互通性,對於無線通訊的傳遞將有弊而無利。軟體定義無線電技術希望建構一種共通平台,允許通訊模式互相切換與互通,因而成為第四代行動通訊系統的發展重心。
無線傳輸標準層出不窮,也帶動無線設備對於多重無線介面與調變格式的需求跟著提升。尤對多重通訊系統的發展而言,若是無法針對各種無線通訊平台建立相容性與互通性,對於無線通訊的傳遞將有弊而無利。軟體定義無線電技術希望建構一種共通平台,允許通訊模式互相切換與互通,因而成為第四代行動通訊系統的發展重心。  

軟體定義無線電(Software Defined Radio, SDR)對國內業者來說,或許還是個新興名詞,然而國外已有不少業者與學界人士積極研究軟體定義無線電的發展和應用,更被視為未來在無縫隙漫遊通訊網路的基礎要求。  

軟體定義無線電的簡單定義,是希望能在不同的通訊頻道與訊號調變方式中建立互通性,讓不同的通訊標準進行溝通,如藍牙(Bluetooth)、Zigbee、無線識別辨識系統(RFID)、全球微波存取互通介面(WiMAX)等的互通連結,也成為達到第四代行動通訊系統(4G)的前提。  

而和軟體定義無線電正好對立的技術則是行之有年的硬體無線電,相較於硬體無線電,軟體定義無線電技術能夠在毋須變更硬體架構下,協助相關人士調整頻率,直接透過軟體調變,省去硬體設備的負擔。  

舉例來說,原先硬體設定在GSM應用上的手持設備,就可以透過軟體定義無線電技術的調整提供CDMA2000的訊號傳送,而不需要硬體設備的調整,大大減輕硬體設備二次加工的負擔。另一個例子則是隨著數位射頻訊號(RF)逐漸取代類比(Analog)訊號,這股潮流透過軟體定義無線電技術也可以為上下游協力廠商帶來不少幫助。  

SDR可整合多項無線技術  

最早軟體定義無線電技術僅應用在基地台訊號傳輸之中,並在各類型的新興無線通訊協議陸續問世後開始受到更多注意。會被受到重視的主因之一,乃因其適應新協議的能力不斷增強,在得以允許愈多的無線傳輸模式切換以後,讓業者們可以彈性發展各種無線電和波形應用,如無線基地台、軍用或公共安全無線電以及高速資料擷取系統等。  

在實際應用上,包括手機行動裝置,例如前文所提WCDMA、高速下行鏈路封包存取(HSDPA)、高速上傳封包存取(HSUPA)、GSM與CDMA2000的頻率切換,或是軍用無線電、陸上行動無線電與衛星訊號調變等,都可以是軟體定義無線電技術發揮所長之處。  

儘管軟體定義無線電應用在行動通訊系統中的情況仍不多見,然而不少國際大廠卻已蓄勢待發,包括摩托羅拉(Motorola)、諾基亞(Nokia)、索尼愛立信(Sony Ericsson)、三星(Samsung)等,都已先後發展軟體定義無線電相關技術。國內中華電信和工研院電通所也都透露正著手進行軟體定義無線電技術的研究。而量測設備廠商太克科技(Tektronix)也跳入軟體定義無線電技術的研發,試圖搶先提供完整的量測解決方案。  

波段干擾成首要難題  

軟體定義無線電技術雖引起不少討論,然而卻有幾項難題需要克服,這也成為軟體定義無線電技術能否大量應用的重要關鍵。  

首要難題可能就是頻率切換造成的波段干擾。太克科技業務部協理丁偉凱(圖1)指出,不管是肇因於寒帶與熱帶地區差異而須要進行的參數調整,或是類比與數位的廣播訊號調變,頻率的切換都會帶來干擾,而這項干擾就是亟待解決的問題。  

舉例來說,如現今已有共用天線的終端產品,如GSM/3G多頻手機或是具有無線網路(WLAN)功能的行動電話,在頻率切換時,常常造成強大的頻率干擾,反而影響接收端的訊號品質。丁偉凱透露,軟體定義無線電的中心思想是要達到無線傳輸技術互通的局面,然而,就像所有無線通訊技術可能出現的問題一樣,頻率互相干擾的問題依然存在,而在解決這項問題之前,軟體定義無線電要踏入成熟階段,還有一段路要走。  

其次,則是業者對軟體定義無線電技術還不夠熟悉,也遲遲沒有實際產品推出,讓應用推廣腳步趨緩。就目前市場上的現況來說,儘管有數家大廠表態投資,但是實際應用的廠商或機構,僅有美國國防部為首等寥寥幾家而已,過於新穎的技術反而成為拖累軟體定義無線電發展的原罪。  

另外,電源問題也是阻撓軟體定義無線電起飛的絆腳石。在軟體定義無線電能夠完成更多功能的同時,也消耗了更多的電力。「魚與熊掌難以得兼」,要讓軟體定義無線電普及,功耗議題也是橫亙在前的一大障礙。  

前瞻應用仍被看好  

雖然在今天談軟體定義無線電的普及似乎太早,不過談到前瞻性的應用,業界人士仍然大為看好。  

丁偉凱認為,要讓軟體定義無線電蔚為風潮,除了晶片業者投入之外,更需要上下游協力廠商的抬轎。日前除了太克科技已針對軟體定義無線電推出一系列相關產品,從WiMAX、RFID等不同領域進行軟體定義無線電應用的量測之外,德州儀器(TI)、賽靈思(Xilinx)與其他廠商也共同於2006年12月時推出小型軟體定義無線電開發平台,供應軍用通訊市場以為應用。  

國內部分,工研院電通所針對軟體定義無線電開發軟體平台;中華電信研究所則側重於軟體定義無線電傳送傳送機系統之開發。  

根據預測,全球應用軟體定義無線電技術的相關產品將逐漸面世,並在2010年大放異彩。軟體定義無線電的受到重視,正代表無線通訊環境將持續走向多個標準系統共存的未來,對業界而言,不管是系統設備供應商或是終端設備製造商,如何提供支援多重系統解決方案,同時擁有具彈性的軟、硬體系統,將是決定勝敗的關鍵。  

(詳細圖表請見新通訊元件雜誌72期2月號)  

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