軟件無(wú)線(xiàn)電在車(chē)載無(wú)線(xiàn)應用設計中的優(yōu)勢

這些還沒(méi)有包括紅外無(wú)線(xiàn)應用、遙控鑰匙等，加上將來(lái)肯定會(huì )集成到車(chē)內的無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )和4G通訊網(wǎng)絡(luò )，汽車(chē)相關(guān)的無(wú)線(xiàn)系統會(huì )涵蓋一個(gè)相當大的范疇。然而無(wú)線(xiàn)應用不僅要適用于相關(guān)的頻率，還要滿(mǎn)足規定的調制算法。所以現有的車(chē)載無(wú)線(xiàn)應用都是采用單獨的軟硬件模塊來(lái)實(shí)現的。比如收音機，普遍的解決方案是利用一個(gè)收音機模塊進(jìn)行收音解調，然后通過(guò)專(zhuān)門(mén)的通訊協(xié)議(比如I2C)和主處理器交互，并顯示在人機界面上。

獨立的軟硬件模塊通常意味著(zhù)簡(jiǎn)潔的軟件設計和較低的硬件成本。不過(guò)它也有它的弱點(diǎn)：硬件模塊的更改通常意味著(zhù)比較大的系統改變。比如收音機要加上RDS的功能，一般要重新選擇新的收音機模塊，重新設計系統接口以適應新的收音機模塊，重新設計軟件來(lái)容納RDS功能等。

車(chē)載無(wú)線(xiàn)應用涉及眾多的獨立硬件模塊和快速發(fā)展的新技術(shù)，同時(shí)變更硬件模塊和修改軟件模塊可能會(huì )導致滯后的上市時(shí)間和較高的設計成本。軟件無(wú)線(xiàn)電是一個(gè)蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域，以下本文將就在車(chē)載系統中引入軟件無(wú)線(xiàn)電模塊展開(kāi)討論。

軟件無(wú)線(xiàn)電簡(jiǎn)介

傳統的無(wú)線(xiàn)電應用都是依靠模擬電路來(lái)實(shí)現的。軟件無(wú)線(xiàn)電的目的就是把無(wú)線(xiàn)電領(lǐng)域的硬件問(wèn)題變成軟件問(wèn)題，其基本思想就是用軟件解調接收到的電磁波和用軟件控制發(fā)射的電磁波。軟件無(wú)線(xiàn)電的基本框架如下圖。

從框圖中可以看到，模數/數模轉換器是聯(lián)系連續的模擬信號和分立的數字信號的橋梁，而軟件可以控制的是數字信號。應用軟件代碼高效分析和合理控制數字信號，軟件無(wú)線(xiàn)電原則上可以實(shí)現傳統無(wú)線(xiàn)電的所有應用，并且具有傳統無(wú)線(xiàn)電設備所沒(méi)有的靈活性――軟件代碼實(shí)際上可以根據用戶(hù)的需求實(shí)時(shí)調整。也就是說(shuō)，使用同一塊硬件，軟件無(wú)線(xiàn)電軟件可以完成傳統無(wú)線(xiàn)電需要多塊硬件才能完成的任務(wù)，比如同時(shí)接收FM信號和電視信號。

車(chē)載軟件無(wú)線(xiàn)電

現在是考慮用軟件無(wú)線(xiàn)電來(lái)代替汽車(chē)內傳統無(wú)線(xiàn)電應用的時(shí)候了。要實(shí)現這個(gè)方案，首先需要設計一個(gè)通用的軟件無(wú)線(xiàn)電模塊。這個(gè)模塊應該包含示意圖中的模塊，而且還要有較好的靈活性，最后還必須有和外部設備通訊的高速接口。下圖給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的示意例子。

其中，DAC是數模轉換器，ADC是模數轉換器，BUS是可編程接口。

其次，看一看作為可編程單元的FPGA。當主控單元通過(guò)可編程接口配置好FPGA之后，FPGA就會(huì )按照我們預先設計的程序進(jìn)行工作。在軟件無(wú)線(xiàn)電領(lǐng)域，以接收為例，FPGA完成的任務(wù)包括按照主控單元指定的頻率段把ADC數據轉化為基頻段數據，即所謂數字化下行轉換。這個(gè)轉換過(guò)去是非常消耗系統資源的，隨著(zhù)硬件處理能力的提高和軟件算法的更新，無(wú)線(xiàn)電領(lǐng)域的上下行轉換目前基本上可以實(shí)時(shí)完成。賽靈思和Altera都提供高性能的FPGA，它們完全可以勝任上述任務(wù)。

再其次，數字化下行轉換后的數據會(huì )通過(guò)可編程接口傳輸給主控單元。這個(gè)數據的流量會(huì )根據應用和數字化下行轉換算法的不同有較大的變化。典型的數據率是每秒數十兆字節，這個(gè)速度可以適應目前車(chē)內常用的無(wú)線(xiàn)系統，而滿(mǎn)足這個(gè)數據率的通用接口可以選：

一般地，USB總線(xiàn)是一個(gè)很好的選擇：簡(jiǎn)便而易得。

數據經(jīng)接口/總線(xiàn)傳給主控單元，主控單元會(huì )按照用戶(hù)要求處理數據?，F在的嵌入式處理器不僅主頻超過(guò)1GHz，而且多核，比如Intel Atom，每秒上十億次的浮點(diǎn)運算能力足以讓?xiě)贸绦蛲瓿绍浖o(wú)線(xiàn)電要求的工作。

射頻(發(fā)射/接收)板和數模/模數轉換器的作用非常重要，它們的性能將直接決定軟件無(wú)線(xiàn)電可以處理什么樣的問(wèn)題。理論上，轉換器采樣頻率必須至少是待測頻率的2倍，然而采樣率非常高的轉換器較為昂貴。利用射頻板可以將待測頻率從較高的頻段降至轉換器的工作頻段。市面上的射頻板可以將高至6GHz的射頻信號的頻率降至中頻10MHz以下，而20MHz的轉換器比較容易找到，而且有不錯的精度(16位)。

至此，通用的軟件無(wú)線(xiàn)電模塊搭建成功。剩下的事情就是發(fā)揮產(chǎn)品設計師和軟件工程師的想象力，設計和開(kāi)發(fā)完美的車(chē)載無(wú)線(xiàn)電應用。一個(gè)手到擒來(lái)的例子就是，利用軟件無(wú)線(xiàn)電，只要給每個(gè)座位上配一個(gè)耳機，各個(gè)乘客就可以自主選擇最喜愛(ài)的FM電臺而不受其他人的影響――這在只有一個(gè)FM收音模塊的系統中是不可能完成的任務(wù)。

可以肯定，以現有的技術(shù)，實(shí)現多樣化的車(chē)載無(wú)線(xiàn)電應用是完全可行的。然而，無(wú)線(xiàn)電在各個(gè)國家都是受控制的領(lǐng)域，沒(méi)有授權的應用通常無(wú)法上市。隨著(zhù)技術(shù)的成熟，相信這一領(lǐng)域的控制方法也會(huì )有所改進(jìn)，使廣大汽車(chē)用戶(hù)能夠早日享受到車(chē)載軟件無(wú)線(xiàn)應用帶來(lái)的自由體驗。

本文小結

毫無(wú)疑問(wèn)，用軟件無(wú)線(xiàn)電代替傳統的車(chē)內無(wú)線(xiàn)應用，不僅能夠給車(chē)載無(wú)線(xiàn)系統的設計帶來(lái)很大的靈活性，而且還會(huì )產(chǎn)生許多創(chuàng )新性的應用。雖然從設計到實(shí)現還有一段很長(cháng)的道路要走，我們要相信：一切皆有可能是科技對未來(lái)的有力詮釋。