通過軟件無線電的架構(gòu)加速無線技術(shù)的開發(fā)與測(cè)試

概覽

如今的無線通信領(lǐng)域可謂是“百花齊放，百家爭(zhēng)鳴”，層出不窮的無線通信標(biāo)準(zhǔn)令人眼花繚亂；同時(shí)，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(jì)和測(cè)試的工程師帶來了前所未有的挑戰(zhàn)，如何應(yīng)對(duì)無線標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的快速更新成為大家所共同關(guān)注的話題。

本文的目的不是為了深入探討不同無線通信標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)劣，而是意在指出在市場(chǎng)上多種標(biāo)準(zhǔn)共存的情況下，工程師們?nèi)绾瓮ㄟ^一個(gè)統(tǒng)一的軟件無線電平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試，從而跟上技術(shù)發(fā)展的步伐。

日益發(fā)展的無線技術(shù)

從遠(yuǎn)程視頻會(huì)議，無線胎壓監(jiān)測(cè)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(cè)試解決方案之前就被集成到了電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中；還有很多的新興產(chǎn)品在一個(gè)設(shè)備上同時(shí)實(shí)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(jī)，它同時(shí)集成了藍(lán)牙、Wi-Fi和GSM/EDGE的功能，在方便了用戶的同時(shí)，也 給無線技術(shù)的開發(fā)和測(cè)試帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

同時(shí)，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(gè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的生命周期卻被大大的縮短。如果通過時(shí)間軸來顯示各種標(biāo)準(zhǔn)，許多標(biāo)準(zhǔn)的演化過程會(huì)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(jìn)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(zhǎng)，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(shí)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(shí)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(gè)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(cè)試平臺(tái)

在所有這些新標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)出現(xiàn)和共存的情形下，設(shè)備生產(chǎn)商、測(cè)試工程師和設(shè)計(jì)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?jī)赡暌惠啠徺I的RF設(shè)備將會(huì)很快過時(shí)。面對(duì)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(tái)，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(tái)可以幫助用戶有能力在第一時(shí)間測(cè)試最新的標(biāo)準(zhǔn)，加快其產(chǎn)品或解決方案的上市時(shí)間；而且只要在軟件上進(jìn)行調(diào)整就可以 符合新的標(biāo)準(zhǔn)，具備極強(qiáng)的靈活性；而且對(duì)于工程師本人而言，可以在系統(tǒng)中加入自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，獲得技術(shù)上的主動(dòng)權(quán)，使這些技術(shù)不再只是握在標(biāo)準(zhǔn)廠商或 者機(jī)構(gòu)手中。

通過軟件數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)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(gè)設(shè)計(jì)和測(cè)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(hào)。

調(diào)制和解調(diào)

調(diào)制的嚴(yán)格定義是將一個(gè)電磁波或信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)屬性（幅度，頻率，和/或相位）進(jìn)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(hào)在相對(duì)的高頻中進(jìn)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(hào)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(hào)處理（DSP）集成到電路或ASICs上來實(shí)現(xiàn)的，而這樣的設(shè)計(jì)、開發(fā) 和集成到通訊系統(tǒng)的過程通常需要花費(fèi)數(shù)個(gè)月的時(shí)間，這樣一來，用戶很難跟上新標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展速度。一個(gè)更快更簡(jiǎn)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(jìn)行上下變頻。這種以軟件為中心的測(cè)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(jì)和測(cè)試的時(shí)間，并掌握了技術(shù)上的主動(dòng)權(quán)。