通过软件无线电的架构加速无线技术的开发与测试

概览

如今的无线通信领域可谓是“百花齐放，百家争鸣”，层出不穷的无线通信标准令人眼花缭乱；同时，现代的电子产品往往又集成了多种不同的无线标准。这些都给射频设计和测试的工程师带来了前所未有的挑战，如何应对无线标准和技术的快速更新成为大家所共同关注的话题。

本文的目的不是为了深入探讨不同无线通信标准的优劣，而是意在指出在市场上多种标准共存的情况下，工程师们如何通过一个统一的软件无线电平台，实现对多种标准的测试，从而跟上技术发展的步伐。

日益发展的无线技术

从远程视频会议，无线胎压监测到基于ZigBee或GSM方式的无线远程抄表系统，当今无线技术的应用正不断渗透至各行各业，甚至成为了一种不可或 缺的功能。有的标准在还没有相应厂商提供测试解决方案之前就被集成到了电路和系统的设计中；还有很多的新兴产品在一个设备上同时实现了两种、三种甚至多种 的标准用于数据和语音的通讯，就像苹果公司最新推出的iPhone手机，它同时集成了蓝牙、Wi-Fi和GSM/EDGE的功能，在方便了用户的同时，也 给无线技术的开发和测试带来了巨大的挑战。

同时，各种无线通信标准的不断涌入也同样使人感到束手无策，每个公司和组织都在根据自己特定应用的需求来制定和优化不同的标准和协议，这就使得大 量的新标准如雨后春笋般出现，而每个标准的生命周期却被大大的缩短。如果通过时间轴来显示各种标准，许多标准的演化过程会变得十分清晰，而新标准的开发也 正以前所未有的速度进行着。如下图所示，在2000年之前，并存的标准只有四五种，并且生命力较长，到今天，这种情况已被层出不穷的各种标准所颠覆。

以下还列出了一些正在研发阶段的新兴的无线标准：

OFDM（正交频分复用）——这一技术正逐渐得以普及而且正在许多新标准中得以实现。

4G 蜂窝技术

认知无线电——作为802.22标准的一部分，这一技术可搜寻空频谱，以便在出现冲突或者通信流时使用。然后通信流就被转移至其他未使用的频谱。

Ad Hoc和传感器网络

多输入多输出系统（MIMO）——在这些系统中，多个天线用来提高系统容量。

超宽带（Ultra-Wideband，UWB）——在第一代设备上（3.1至4.8GHz），每通道使用完整的528MHz并且以480Mbit/s的速率传输数据。

以软件为核心的无线测试平台

在所有这些新标准同时出现和共存的情形下，设备生产商、测试工程师和设计师面临着许多挑战。通常RF设备的购买周期是5至7年，但新标准和新技术的 推出周期是每两年一轮，购买的RF设备将会很快过时。面对这样的挑战，越来越多的公司正采用一种以软件为核心的平台，并配合模块化硬件，从而来满足不断发 展的技术需求。像这样以软件为核心的平台可以帮助用户有能力在第一时间测试最新的标准，加快其产品或解决方案的上市时间；而且只要在软件上进行调整就可以 符合新的标准，具备极强的灵活性；而且对于工程师本人而言，可以在系统中加入自己的知识产权技术，获得技术上的主动权，使这些技术不再只是握在标准厂商或 者机构手中。

通过软件数字信号处理技术实现多种无线技术

让我们先来了解一下典型的通信系统所包含的主要功能模块，这将帮助更好的理解整个设计和测试的流程。

信源编码和解码

信源编码主要用于数据的压缩，以利于后续的传输。常见的信源编码算法包括JPEG压缩，zip（LZ77和哈夫曼编码算法的结合），MP3和MPEG-2等。

信道编码和解码

和信源编码不同，信道编码可以加入或改写数据位，以便于减少信道传输中噪声和衰减带来的影响，解码后获得更好的原始传输信号。

调制和解调

调制的严格定义是将一个电磁波或信号的一个或多个属性（幅度，频率，和/或相位）进行改变的过程，主要分模拟解调和数字解调两大类。使用调制的方式可以将原来的低频信号在相对的高频中进行传输。

上变频和下变频

使用上变频和下变频的模块可以改变输入信号的频率。

过去，上述流程中的一些重要功能模块（如编码和调制等）往往是通过将数字信号处理（DSP）集成到电路或ASICs上来实现的，而这样的设计、开发 和集成到通讯系统的过程通常需要花费数个月的时间，这样一来，用户很难跟上新标准的发展速度。一个更快更简便，并能紧跟无线技术发展步伐的方法就是应用软 件无线电的技术。在软件中完成编码和调制的过程，并生成调制后的波形，再通过模块化的仪器进行上下变频。这种以软件为中心的测试方法完全是基于应用，而且 是用户自定义的，这能使工程师仅仅通过软件的修改就能快速的满足新标准的要求，大大加速了设计和测试的时间，并掌握了技术上的主动权。