基于軟件無(wú)線(xiàn)電架構加速無(wú)線(xiàn)開(kāi)發(fā)測試

如今的無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域可謂是“百花齊放，百家爭鳴”，層出不窮的無(wú)線(xiàn)通信標準令人眼花繚亂；同時(shí)，現代的電子產(chǎn)品往往又集成了多種不同的無(wú)線(xiàn)標準。這些都給射頻設計和測試的工程師帶來(lái)了前所未有的挑戰，如何應對。

日益發(fā)展的無(wú)線(xiàn)技術(shù)

從遠程視頻會(huì )議，無(wú)線(xiàn)胎壓監測到基于ZigBee或GSM方式的無(wú)線(xiàn)遠程抄表系統，當今無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應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。有的標準在還沒(méi)有相應廠(chǎng)商提供測試解決方案之前就被集成到了電路和系統的設計中；還有很多的新興產(chǎn)品在一個(gè)設備上同時(shí)實(shí)現了兩種、三種甚至多種的標準用于數據和語(yǔ)音的通訊，就像蘋(píng)果公司最新推出的iPhone手機，它同時(shí)集成了藍牙、Wi-Fi和GSM/EDGE的功能，在方便了用戶(hù)的同時(shí)，也給無(wú)線(xiàn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和測試帶來(lái)了巨大的挑戰。

同時(shí)，各種無(wú)線(xiàn)通信標準的不斷涌入也同樣使人感到束手無(wú)策，每個(gè)公司和組織都在根據自己特定應用的需求來(lái)制定和優(yōu)化不同的標準和協(xié)議，這就使得大量的新標準如雨后春筍般出現，而每個(gè)標準的生命周期卻被大大的縮短。如果通過(guò)時(shí)間軸來(lái)顯示各種標準，許多標準的演化過(guò)程會(huì )變得十分清晰，而新標準的開(kāi)發(fā)也正以前所未有的速度進(jìn)行著(zhù)。如下圖所示，在2000年之前，并存的標準只有四五種，并且生命力較長(cháng)，到今天，這種情況已被層出不窮的各種標準所顛覆。

以下還列出了一些正在研發(fā)階段的新興的無(wú)線(xiàn)標準：

OFDM（正交頻分復用）——這一技術(shù)正逐漸得以普及而且正在許多新標準中得以實(shí)現。

4G 蜂窩技術(shù)

認知無(wú)線(xiàn)電——作為802.22標準的一部分，這一技術(shù)可搜尋空頻譜，以便在出現沖突或者通信流時(shí)使用。然后通信流就被轉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（MIMO）——在這些系統中，多個(gè)天線(xiàn)用來(lái)提高系統容量。

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

以軟件為核心的無(wú)線(xiàn)測試平臺

在所有這些新標準同時(shí)出現和共存的情形下，設備生產(chǎn)商、測試工程師和設計師面臨著(zhù)許多挑戰。通常RF設備的購買(mǎi)周期是5至7年，但新標準和新技術(shù)的推出周期是每?jì)赡暌惠?，購買(mǎi)的RF設備將會(huì )很快過(guò)時(shí)。面對這樣的挑戰，越來(lái)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(lái)滿(mǎn)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(hù)有能力在第一時(shí)間測試最新的標準，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)行調整就可以符合新的標準，具備極強的靈活性；而且對于工程師本人而言，可以在系統中加入自己的知識產(chǎn)權技術(shù)，獲得技術(shù)上的主動(dòng)權，使這些技術(shù)不再只是握在標準廠(chǎng)商或者機構手中。

通過(guò)軟件數字信號處理技術(shù)實(shí)現多種無(wú)線(xiàn)技術(shù)

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

信源編碼和解碼

信源編碼主要用于數據的壓縮，以利于后續的傳輸。常見(jiàn)的信源編碼算法包括JPEG壓縮，zip（LZ77和哈夫曼編碼算法的結合），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(xiě)數據位，以便于減少信道傳輸中噪聲和衰減帶來(lái)的影響，解碼后獲得更好的原始傳輸信號。

調制和解調

調制的嚴格定義是將一個(gè)電磁波或信號的一個(gè)或多個(gè)屬性（幅度，頻率，和/或相位）進(jìn)行改變的過(guò)程，主要分模擬解調和數字解調兩大類(lèi)。使用調制的方式可以將原來(lái)的低頻信號在相對的高頻中進(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的頻率。

過(guò)去，上述流程中的一些重要功能模塊（如編碼和調制等）往往是通過(guò)將數字信號處理（DSP）集成到電路或ASICs上來(lái)實(shí)現的，而這樣的設計、開(kāi)發(fā)和集成到通訊系統的過(guò)程通常需要花費數個(gè)月的時(shí)間，這樣一來(lái)，用戶(hù)很難跟上新標準的發(fā)展速度。一個(gè)更快更簡(jiǎn)便，并能緊跟無(wú)線(xiàn)技術(shù)發(fā)展步伐的方法就是應用軟件無(wú)線(xiàn)電的技術(shù)。在軟件中完成編碼和調制的過(guò)程，并生成調制后的波形，再通過(guò)模塊化的儀器進(jìn)行上下變頻。這種以軟件為中心的測試方法完全是基于應用，而且是用戶(hù)自定義的，這能使工程師僅僅通過(guò)軟件的修改就能快速的滿(mǎn)足新標準的要求，大大加速了設計和測試的時(shí)間，并掌握了技術(shù)上的主動(dòng)權。

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

基于PXI和LabVIEW的軟件無(wú)線(xiàn)電測試平臺

一直倡導這種“以軟件為核心的測試測量構架” 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(guò)這一革命性的圖形化編程語(yǔ)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)標準測試平臺PXI，再一次領(lǐng)導了業(yè)界趨勢。1998年，NI與其他測試測量企業(yè)共同組成了PXI系統聯(lián)盟，迄今為止該聯(lián)盟已經(jīng)擁有超過(guò)70家會(huì )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(hù)可以根據他們特定的測試需求進(jìn)行選擇和組合。

PXI作為一種堅固的、基于PC的測量和自動(dòng)化平臺，它結合了PCI/PCI Express的電氣總線(xiàn)特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard機械封裝的特性，增加了專(zhuān)門(mén)的定時(shí)和同步總線(xiàn)；其高達6GB/s的背板總線(xiàn)帶寬能夠保證上下變頻后的中頻信號能夠被實(shí)時(shí)并持續的數字化到PC進(jìn)行處理；PXI的控制器采用了最先進(jìn)的雙核處理器并運行Windows的操作系統，能夠應付任何復雜的通訊算法。這些都使PXI成為無(wú)線(xiàn)測試理想的高性能、低成本的運載平臺。