案例研究：用于通信測(cè)試的軟件定義無(wú)線電架構(gòu)
目錄：
? RF與通信行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)
? 靈活的、軟件定義的通信測(cè)試
? PXI——一個(gè)適用于軟件定義通信測(cè)試的理想平臺(tái)
? 總結(jié)：軟件定義的通信系統(tǒng)提供了一個(gè)面向未來(lái)的平臺(tái)
? 參考文獻(xiàn)
? NI相關(guān)產(chǎn)品
RF與通信行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) 藍(lán)牙、WiMAX、cdma2000、ZigBee、GSM、EDGE和RFID——這些無(wú)線與通信產(chǎn)品繼續(xù)以史無(wú)前例的速率增長(zhǎng)，如圖1所示。同時(shí)，隨著像Microsoft、Vodafone和Google等公司的努力，通過(guò)V CAST觀看足球錦標(biāo)賽和從Google Earth獲取本地信息正在變得越來(lái)越普通。無(wú)線通信在許多國(guó)家已超過(guò)陸地通信并且當(dāng)前的數(shù)據(jù)帶寬難以滿(mǎn)足無(wú)線通訊的需求，因此有效滿(mǎn)足這種需求成為移動(dòng)通信面臨的巨大挑戰(zhàn)。
圖1 對(duì)數(shù)據(jù)持續(xù)增長(zhǎng)的需求造成了一個(gè)無(wú)線與通信標(biāo)準(zhǔn)的“原木阻塞”。
除了要求具備多點(diǎn)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)外，通訊業(yè)界還被持續(xù)存在的壓力所驅(qū)使，不得不力爭(zhēng)以最快的速度將新產(chǎn)品推向市場(chǎng)。這使得其研究和設(shè)計(jì)的發(fā)展已經(jīng)超過(guò)了測(cè)試的發(fā)展。因此制造商在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還未完成前就發(fā)布了ZigBee與802.11n導(dǎo)致來(lái)自獨(dú)立儀器制造商的預(yù)定義標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)不復(fù)存在。這都?xì)w因于先發(fā)布一個(gè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)、然后在先驅(qū)用戶(hù)(lead users)中構(gòu)建設(shè)備原型、最后再針對(duì)大規(guī)模商用需求開(kāi)發(fā)測(cè)試裝置這一傳統(tǒng)周期太耗費(fèi)時(shí)間了。
需要兼容多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和必須在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之前發(fā)布新產(chǎn)品的壓力，是許多工程師使用超過(guò)一個(gè)無(wú)線與通信標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)主要原因。事實(shí)上，從NI公司“儀器研究”調(diào)查中所收集的數(shù)據(jù)表明，在設(shè)計(jì)和測(cè)試具有無(wú)線通信功能設(shè)備的工程師中，幾乎三分之二的人在使用不只一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其百分比分布如下：37%使用1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)
? 30%使用2到3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)
? 33%使用4個(gè)甚至更多的標(biāo)準(zhǔn)
從傳統(tǒng)做法看，您需要為每一個(gè)待測(cè)的通信標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)備一個(gè)獨(dú)立儀器。每個(gè)儀器有廠商定義的功能來(lái)對(duì)應(yīng)某個(gè)特定的標(biāo)準(zhǔn)。這些特定的標(biāo)準(zhǔn)通信測(cè)量算法，以固件的形式運(yùn)行在每個(gè)儀器的嵌入式處理器上，這意味著這些算法不是用戶(hù)可訪問(wèn)或可定制的。而為每個(gè)待測(cè)標(biāo)準(zhǔn)購(gòu)買(mǎi)一個(gè)新的獨(dú)立儀器成本太高。這就促使工程師尋求靈活的、獨(dú)立于系統(tǒng)的解決方案。
靈活的、軟件定義的通信測(cè)試
要緊跟無(wú)線通信發(fā)展步伐的方法之一是利用軟件。您可以采用一種軟件定義的方式構(gòu)造儀器，通過(guò)使用編碼和調(diào)制軟件，生成并測(cè)量來(lái)自于模塊化的、通用的RF儀器的信號(hào)。這種由軟件定義無(wú)線電（SDR）來(lái)進(jìn)行測(cè)試的方法，完全是驅(qū)動(dòng)應(yīng)用和用戶(hù)定義的。您可以利用它作為測(cè)試測(cè)量的研究和設(shè)計(jì)的建模仿真軟件。美國(guó)國(guó)防部（DoD）已經(jīng)在支持這種SDR策略了。
“對(duì)于軍事來(lái)說(shuō)，SDR是一種變革性的技術(shù)，它支持開(kāi)發(fā)一個(gè)真正互操作的無(wú)線電族，使得在任何時(shí)候任何操作場(chǎng)所都能與盟軍進(jìn)行通信?！薄猄teven MacLaird上校，聯(lián)合系統(tǒng)項(xiàng)目主管、JTRS聯(lián)合項(xiàng)目的項(xiàng)目經(jīng)理（SDR論壇，2003年八月）。
一個(gè)典型的通信系統(tǒng)
通過(guò)逐步了解一個(gè)典型的通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)化功能模塊框圖，您可以看到如何將通信軟件與模塊化的通用RF儀器相結(jié)合來(lái)創(chuàng)建一個(gè)支持多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試系統(tǒng)。圖3展示了一個(gè)典型通信系統(tǒng)的主要功能模塊。您可以在發(fā)送端使用這些用于信源編碼、信道編碼、調(diào)制和上變頻的模塊，在接收端完成這個(gè)過(guò)程的逆過(guò)程。一個(gè)真實(shí)世界的通信鏈路包含一個(gè)傳輸所需的物理通道如空氣（無(wú)線）、光纖和銅纜等。
信源編碼與解碼
信源編碼的主要功能是以盡可能少的比特表示您的信息，以減少資源占用。信源編碼類(lèi)似于數(shù)據(jù)壓縮，信息越小，傳輸速度越快，這意味著要更有效地使用寶貴的資源和頻譜。通過(guò)信源編碼，您可以用同樣的帶寬發(fā)送更多的信息。一些較常用的信源編碼算法包括jpeg壓縮、zip（LZ77和哈夫曼編碼算法的一種組合）、MP3（部分MPEG-1用于聲波和音樂(lè)壓縮）和MPEG-2（用于DVD）。
信道編碼與解碼
與信源編碼不同，信道編碼會(huì)在數(shù)據(jù)中添加比特，從而增加了信息的容量。添加比特或重用比特以確保了原始信息能夠更好地抵抗任何信道的損害，包括噪聲和衰減，以便解碼后能得到正確的原始信息。許多信道編碼算法在實(shí)現(xiàn)了正確編碼和數(shù)據(jù)傳輸平衡的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了信息量的最小化