用于通信系統的軟件自定義測試平臺

　　由于產(chǎn)品發(fā)布的激烈競爭，研發(fā)設計的速度已經(jīng)超過(guò)了測試所能負荷的速度。在ZigBee與802.11n標準完善之前，制造商就向市場(chǎng)發(fā)布了基于此協(xié)議的設備。傳統儀器制造商預先定義的標準測試系統也已經(jīng)被取代。這起因于發(fā)布無(wú)線(xiàn)標準、設備的研發(fā)定型與開(kāi)發(fā)用于量產(chǎn)的測試設備周期均過(guò)于冗長(cháng)?？紤]到設備需要同時(shí)適用于現行的不同標準，測試設備制造商面臨重要抉擇：或者開(kāi)發(fā)符合標準的測試設備而延后上市時(shí)間；或者繼續投入大量成本研發(fā)新標準。這促使工程師們尋找具備現行可行性和擴展性的解決方案。

　　適應性強的軟件定義測試儀

　　在測試測量領(lǐng)域，為了緊跟射頻和無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展步伐，一般使用軟件方法滿(mǎn)足用戶(hù)的測試需求。例如，工程師們可以通過(guò)軟件實(shí)現對最新的信道編碼、調制技術(shù)或算法的建模。邏輯上，也可以使用軟件定義的方法來(lái)實(shí)現儀器，即在通用的射頻模塊上使用編碼和調制軟件實(shí)現射頻信號的產(chǎn)生或測量。邏輯上，也可以使用軟件定義的方法來(lái)實(shí)現儀器，即在通用的射頻模塊上使用編碼和調制軟件實(shí)現射頻信號的產(chǎn)生或測量。此種由軟件定義無(wú)線(xiàn)電測試的方法將會(huì )完全以應用為導向，由用戶(hù)的需求決定。美國國防部（DoD）是上述測試策略的主要倡導者。Joint Systems Program主管、JTRS Joint Program（SDR 論壇， 2003年 8月）經(jīng)理、陸軍上校Steven MacLaird表示：“在軍事上，SDR技術(shù)可促進(jìn)真實(shí)意義上無(wú)線(xiàn)電互通系統的實(shí)現，確保在任何時(shí)間任何無(wú)線(xiàn)電收發(fā)臺都可聯(lián)絡(luò )到戰場(chǎng)上的友軍。”圖2是NI LabVIEW軟件演示的一個(gè)簡(jiǎn)單的數字通信鏈路。所包含的VI用于實(shí)現無(wú)線(xiàn)鏈路上發(fā)送端的信源編碼、信道編碼、調制和上變頻功能以及接收端的下變頻、解調、信道解碼和信源解碼功能。當發(fā)起一個(gè)真實(shí)無(wú)線(xiàn)信號的傳送時(shí)，通信鏈路還應包括硬件設備和物理信道。

　　案例研究：德州大學(xué)（The University of Texas）MIMO-OFDM系統的開(kāi)發(fā)

　　MIMO-OFDM系統的開(kāi)發(fā)為我們展示了一個(gè)軟件定義儀器的先進(jìn)應用。新近涌現的無(wú)線(xiàn)和數據通信標準包括4G移動(dòng)通信和802.11n Wi-Fi數據網(wǎng)絡(luò )，主要用于增加用戶(hù)數目和終端、計算機各自的數據吞吐量。而此之后，最新的兩項新技術(shù)是多入多出（MIMO）和正交頻分復用（OFDM）。OFDM的優(yōu)點(diǎn)是高頻譜效率、低多徑干擾、并可以去除射頻干擾。MIMO則通過(guò)使用多徑信號傳輸增加了系統帶寬。德州大學(xué)Austin分校的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與通信組（WNCG）致力于研究并驗證MIMO-OFDM系統的特性和優(yōu)勢。這項研究主要包含兩個(gè)構成要素——系統軟件仿真和全部硬件集成。由三位WNGG成員在不到六周的時(shí)間內完成。

　　研究小組采用NI LabVIEW作為模擬工具，因為L(cháng)abVIEW提供了數據模擬與分析函數（即VI）。LabVIEW環(huán)境也提供了NI頻譜量測工具包與NI調制工具包，這兩個(gè)擴展工具包特別針對通訊系統設計、模擬與分析所設計。。通過(guò)這些工具，研究小組可直接控制系統參數，包含信道編碼、功率與傳輸速率；亦可新增衰落 （Fading）與多徑干擾，以決定系統的抗干擾強度與響應。研究小組亦使用該系統來(lái)模擬傳輸即時(shí)數據與信息，以檢視調整物理層參數與信道特性的影響；這些工作只有用軟件定義的系統才可進(jìn)行。此外，WNCG小組可藉由調整天線(xiàn)數量、處理天線(xiàn)收到數據的算法，來(lái)進(jìn)一步驗證影響數據吞吐量的因素。在此環(huán)境中，WNCG成員可通過(guò)模擬，有效評估新一代MIMO-OFDM數據通訊的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。圖3表示W(wǎng)NCG研究MIMO-OFDM期間所使用的界面之一。

　　為完整應用調整模擬軟件

　　小組接著(zhù)重用軟件模擬代碼，以開(kāi)發(fā)硬件架構的MIMO-OFDM無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統。他們使用NI模塊化儀器開(kāi)發(fā)系統，包含可產(chǎn)生基頻 （Baseband）與中頻（IF）的任意波形產(chǎn)生器模塊，以及一個(gè)可建立MIMO-OFDM系統上行鏈路（Uplink）的RF上變頻模組。同樣地，WNCG成員針對無(wú)線(xiàn)收發(fā)器的下行鏈路（Downlink），使用數字化儀與RF下變頻模組。接著(zhù)在PXI機箱內安裝模組與嵌入式控制器，以用于高傳輸率與即時(shí)的測量處理。圖4即為該系統，包含NI PXI-5660 RF向量信號分析儀與PXI-5670 RF向量信號發(fā)生器。

　　當建立完成，WNCG成員即可通過(guò)硬件架構的收發(fā)系統，驗證研究假設與模擬結果。由于先前以軟件模擬并設計MIMO-OFDM收發(fā)系統，WNCG成員體驗了在不到6個(gè)星期的時(shí)間中，通過(guò)軟件定義的硬體，高效地將模擬無(wú)線(xiàn)連接轉換為實(shí)際無(wú)線(xiàn)連結的應用。

　　設計軟件定義儀器的收發(fā)器挑戰，在于必須匯整所需的波形，以實(shí)現正確的調制。 LabVIEW的NI調制工具包（Modulation Toolkit）具有許多必備的基礎區塊（Building block），修正帶有訊息的載波信號，以達到正確的調制解調。工具包亦提供了一般通道編碼、均值化（Equalization），與測量函數，使得建立和分析波形變得更為簡(jiǎn)單。。一旦建立波形–設定采樣率、帶寬、頻率，與其他硬件參數–就可下載波形以完成波形產(chǎn)生。

　　軟件定義的通訊系統將為未來(lái)設計提供驗證平臺

　　軟件定義的通訊測試系統將持續成長(cháng)。由于此系統將可整合標準開(kāi)發(fā)方式，協(xié)助開(kāi)發(fā)測試系統，因此這種變化趨勢受到許多組織和機構的歡迎。軟件定義的測試，將為目前通訊系統提供解決方案，但更重要的一點(diǎn)，將提供加快未來(lái)通訊系統的范例與平臺。