基于軟件無線電架構(gòu)加速無線開發(fā)測試

如今的無線通信領(lǐng)域可謂是“百花齊放，百家爭鳴”，層出不窮的無線通信標(biāo)準(zhǔn)令人眼花繚亂；同時，現(xiàn)代的電子產(chǎn)品往往又集成了多種不同的無線標(biāo)準(zhǔn)。這些都給射頻設(shè)計和測試的工程師帶來了前所未有的挑戰(zhàn)，如何應(yīng)對。

日益發(fā)展的無線技術(shù)

從遠(yuǎn)程視頻會議，無線胎壓監(jiān)測到基于ZigBee或GSM方式的無線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，當(dāng)今無線技術(shù)的應(yīng)用正不斷滲透至各行各業(yè)，甚至成為了一種不可或缺的功能。有的標(biāo)準(zhǔn)在還沒有相應(yīng)廠商提供測試解決方案之前就被集成到了電路和系統(tǒng)的設(shè)計中；還有很多的新興產(chǎn)品在一個設(shè)備上同時實現(xiàn)了兩種、三種甚至多種的標(biāo)準(zhǔn)用于數(shù)據(jù)和語音的通訊，就像蘋果公司最新推出的iPhone手機，它同時集成了藍(lán)牙、Wi-Fi和GSM/EDGE的功能，在方便了用戶的同時，也給無線技術(shù)的開發(fā)和測試帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

同時，各種無線通信標(biāo)準(zhǔn)的不斷涌入也同樣使人感到束手無策，每個公司和組織都在根據(jù)自己特定應(yīng)用的需求來制定和優(yōu)化不同的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，這就使得大量的新標(biāo)準(zhǔn)如雨后春筍般出現(xiàn)，而每個標(biāo)準(zhǔn)的生命周期卻被大大的縮短。如果通過時間軸來顯示各種標(biāo)準(zhǔn)，許多標(biāo)準(zhǔn)的演化過程會變得十分清晰，而新標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)也正以前所未有的速度進行著。如下圖所示，在2000年之前，并存的標(biāo)準(zhǔn)只有四五種，并且生命力較長，到今天，這種情況已被層出不窮的各種標(biāo)準(zhǔn)所顛覆。

以下還列出了一些正在研發(fā)階段的新興的無線標(biāo)準(zhǔn)：

OFDM（正交頻分復(fù)用）——這一技術(shù)正逐漸得以普及而且正在許多新標(biāo)準(zhǔn)中得以實現(xiàn)。

4G 蜂窩技術(shù)

認(rèn)知無線電——作為802.22標(biāo)準(zhǔn)的一部分，這一技術(shù)可搜尋空頻譜，以便在出現(xiàn)沖突或者通信流時使用。然后通信流就被轉(zhuǎn)移至其他未使用的頻譜。

Ad Hoc和傳感器網(wǎng)絡(luò)

多輸入多輸出系統(tǒng)（MIMO）——在這些系統(tǒng)中，多個天線用來提高系統(tǒng)容量。

超寬帶（Ultra-Wideband，UWB）——在第一代設(shè)備上（3.1至4.8GHz），每通道使用完整的528MHz并且以480Mbit/s的速率傳輸數(shù)據(jù)。

以軟件為核心的無線測試平臺

在所有這些新標(biāo)準(zhǔn)同時出現(xiàn)和共存的情形下，設(shè)備生產(chǎn)商、測試工程師和設(shè)計師面臨著許多挑戰(zhàn)。通常RF設(shè)備的購買周期是5至7年，但新標(biāo)準(zhǔn)和新技術(shù)的推出周期是每兩年一輪，購買的RF設(shè)備將會很快過時。面對這樣的挑戰(zhàn)，越來越多的公司正采用一種以軟件為核心的平臺，并配合模塊化硬件，從而來滿足不斷發(fā)展的技術(shù)需求。像這樣以軟件為核心的平臺可以幫助用戶有能力在第一時間測試最新的標(biāo)準(zhǔn)，加快其產(chǎn)品或解決方案的上市時間；而且只要在軟件上進行調(diào)整就可以符合新的標(biāo)準(zhǔn)，具備極強的靈活性；而且對于工程師本人而言，可以在系統(tǒng)中加入自己的知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，獲得技術(shù)上的主動權(quán)，使這些技術(shù)不再只是握在標(biāo)準(zhǔn)廠商或者機構(gòu)手中。

通過軟件數(shù)字信號處理技術(shù)實現(xiàn)多種無線技術(shù)

讓我們先來了解一下典型的通信系統(tǒng)所包含的主要功能模塊，這將幫助更好的理解整個設(shè)計和測試的流程。

信源編碼和解碼

信源編碼主要用于數(shù)據(jù)的壓縮，以利于后續(xù)的傳輸。常見的信源編碼算法包括JPEG壓縮，zip（LZ77和哈夫曼編碼算法的結(jié)合），MP3和MPEG-2等。

信道編碼和解碼

和信源編碼不同，信道編碼可以加入或改寫數(shù)據(jù)位，以便于減少信道傳輸中噪聲和衰減帶來的影響，解碼后獲得更好的原始傳輸信號。

調(diào)制和解調(diào)

調(diào)制的嚴(yán)格定義是將一個電磁波或信號的一個或多個屬性（幅度，頻率，和/或相位）進行改變的過程，主要分模擬解調(diào)和數(shù)字解調(diào)兩大類。使用調(diào)制的方式可以將原來的低頻信號在相對的高頻中進行傳輸。

上變頻和下變頻

使用上變頻和下變頻的模塊可以改變輸入信號的頻率。

過去，上述流程中的一些重要功能模塊（如編碼和調(diào)制等）往往是通過將數(shù)字信號處理（DSP）集成到電路或ASICs上來實現(xiàn)的，而這樣的設(shè)計、開發(fā)和集成到通訊系統(tǒng)的過程通常需要花費數(shù)個月的時間，這樣一來，用戶很難跟上新標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展速度。一個更快更簡便，并能緊跟無線技術(shù)發(fā)展步伐的方法就是應(yīng)用軟件無線電的技術(shù)。在軟件中完成編碼和調(diào)制的過程，并生成調(diào)制后的波形，再通過模塊化的儀器進行上下變頻。這種以軟件為中心的測試方法完全是基于應(yīng)用，而且是用戶自定義的，這能使工程師僅僅通過軟件的修改就能快速的滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，大大加速了設(shè)計和測試的時間，并掌握了技術(shù)上的主動權(quán)。

下圖顯示了National Instruments的LabVIEW圖形化的語言和NI的PXI平臺，通過軟件無線電的方法再現(xiàn)了上述通訊系統(tǒng)的功能框圖。模塊化的硬件除了完成物理上的上下變頻過程外，其余的功能都是通過軟件來完成的。

基于PXI和LabVIEW的軟件無線電測試平臺

一直倡導(dǎo)這種“以軟件為核心的測試測量構(gòu)架” 概念的是NI公司，自1986年推出其旗艦軟件LabVIEW之后，NI一直在幫助工程師通過這一革命性的圖形化編程語言，提高他們的工作效率。其后，NI于1997年首推了基于PC的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試平臺PXI，再一次領(lǐng)導(dǎo)了業(yè)界趨勢。1998年，NI與其他測試測量企業(yè)共同組成了PXI系統(tǒng)聯(lián)盟，迄今為止該聯(lián)盟已經(jīng)擁有超過70家會員公司和1200余種PXI產(chǎn)品，其功能包括從電源、DMM到RF，使得用戶可以根據(jù)他們特定的測試需求進行選擇和組合。

PXI作為一種堅固的、基于PC的測量和自動化平臺，它結(jié)合了PCI/PCI Express的電氣總線特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard機械封裝的特性，增加了專門的定時和同步總線；其高達(dá)6GB/s的背板總線帶寬能夠保證上下變頻后的中頻信號能夠被實時并持續(xù)的數(shù)字化到PC進行處理；PXI的控制器采用了最先進的雙核處理器并運行Windows的操作系統(tǒng)，能夠應(yīng)付任何復(fù)雜的通訊算法。這些都使PXI成為無線測試?yán)硐氲母咝阅?、低成本的運載平臺。