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事例研讨:用于通讯测验的软件界说无线电架构

同时,随着像Microsoft、Vodafone和Google等公司的努力,通过V CAST观看足球锦标赛和从Google Earth获取本地信息正在变得越来越普通。无线通信在许多国

一、RF与通讯职业的开展趋势

蓝牙、WiMAX、cdma2000、ZigBee、GSM、EDGE和RFID——这些无线与通讯产品持续以前所未有的速率添加,如图1所示。一起,跟着像Microsoft、Vodafone和Google等公司的尽力,经过V CAST观看足球锦标赛和从Google Earth获取本地信息正在变得越来越一般。无线通讯在许多国家已超越陆地通讯并且当时的数据带宽难以满意无线通讯的需求,因而有用满意这种需求成为移动通讯面对的巨大应战。

图1 对数据持续添加的需求造成了一个无线与通讯规范的“原木堵塞”。

除了要求具有多点无线规范外,通讯业界还被持续存在的压力所唆使,不得不力求以最快的速度将新产品推向市场。这使得其研讨和规划的开展现已超越了测验的开展。因而制造商在相关规范还未完结前就发布了ZigBee与802.11n导致来自独立仪器制造商的预界说规范测验体系不复存在。这都归因于先发布一个无线规范、然后在前驱用户(lead users)中构建造备原型、最终再针对大规模商用需求开发测验设备这一传统周期太消耗时刻了。

需求兼容多个规范设备和必须在竞争对手之前发布新产品的压力,是许多工程师运用超越一个无线与通讯规范的两个首要原因。事实上,从NI公司“仪器研讨”查询中所搜集的数据标明,在规划和测验具有无线通讯功用设备的工程师中,简直三分之二的人在运用不只一个规范,其百分比散布如下:

• 37%运用1个规范

• 30%运用2到3个规范

• 33%运用4个乃至更多的规范

从传统做法看,您需求为每一个待测的通讯规范预备一个独立仪器。每个仪器有厂商界说的功用来对应某个特定的规范。这些特定的规范通讯丈量算法,以固件的办法运转在每个仪器的嵌入式处理器上,这意味着这些算法不是用户可拜访或可定制的。而为每个待测规范购买一个新的独立仪器本钱太高。这就促进工程师寻求灵敏的、独立于体系的解决方案。

二、灵敏的、软件界说的通讯测验

要紧跟无线通讯开展脚步的办法之一是运用软件。您能够选用一种软件界说的办法结构仪器,经过运用编码和调制软件,生成并丈量来自于模块化的、通用的RF仪器的信号。这种由软件界说无线电(SDR)来进行测验的办法,完全是驱动运用和用户界说的。您能够运用它作为测验丈量的研讨和规划的建模仿真软件。美国国防部(DoD)现已在支撑这种SDR战略了。

“关于军事来说,SDR是一种革新性的技能,它支撑开发一个实在互操作的无线电族,使得在任何时候任何操作场所都能与盟军进行通讯。”——Steven MacLaird上校,联合体系项目主管、JTRS联合项目的项目经理(SDR论坛,2003年八月)。

一个典型的通讯体系

经过逐渐了解一个典型的通讯体系的简化功用模块框图,您能够看到如何将通讯软件与模块化的通用RF仪器相结合来创立一个支撑多个规范的测验体系。图3展现了一个典型通讯体系的首要功用模块。您能够在发送端运用这些用于信源编码、信道编码、调制和上变频的模块,在接纳端完结这个进程的逆进程。一个实在国际的通讯链路包含一个传输所需的物理通道如空气(无线)、光纤和铜缆等。

信源编码与解码

信源编码的首要功用是以尽可能少的比特表明您的信息,以削减资源占用。信源编码类似于数据紧缩,信息越小,传输速度越快,这意味着要更有用地运用名贵的资源和频谱。经过信源编码,您能够用相同的带宽发送更多的信息。一些较常用的信源编码算法包含jpeg紧缩、zip(LZ77和哈夫曼编码算法的一种组合)、MP3(部分MPEG-1用于声波和音乐紧缩)和MPEG-2(用于DVD)。

信道编码与解码

与信源编码不同,信道编码会在数据中添加比特,然后添加了信息的容量。添加比特或重用比特以确保了原始信息能够更好地反抗任何信道的危害,包含噪声和衰减,以便解码后能得到正确的原始信息。许多信道编码算法在完成了正确编码和数据传输平衡的一起还完成了信息量的最小化

调制与解调

调制是改动电磁波或信号一个或多个特点(起伏、频率和/或相位)的进程。您能够运用调制将低频信息以较高频率发送。或许你会问为何要以高频而不是以低频发送信号。以无线的办法传送一个基带音频信号(在20 Hz ~ 20 kHz范围内)需求天线、电源和许多电子设备,因为波长与频率成反比,低频信号需求较大的设备和较高的发射功率,这样是不现实的。因而,假如以较高的频率传送相同的信号,对应波长将会变短,设备尺度能够缩小发射功率也能够下降。这突出了调制的普遍性和重要性。经过调制,您能够将您的基带信号附加在更高频信号上。包含您需求传输的信息或音讯的低频信号就是调制信号。高频信号则称为载波信号,因为它“负载”了基带信息。所得到的组成信号便称为调制的载波信号。

当您需求几个信号同享同一个信道,或许期望在不添加信号带宽的情况下传输更多的信号时,您也能够运用调制。因为更多的信号能够负载到平等的空间,您就能够得到更高带宽运用率。您能够依据运用和所需求传输的信息量挑选特定的调制形式。除了规范调制形式外,经过软件办法完成调制与解调,能够开发出自定制形式,这十分适合于要求具有定制形式的特定运用(或)军事运用。

上变频与下变频

您能够运用一个上变频器与下变频器,分别将输入频率向上或向下改换。上变频和下变频的首要部件是一个称为混频器的设备。混频器将不同频率的两个信号“相加减”,以生成一个和信号和一个差信号。

图4描绘了一个前期的典型通讯体系的功用模块框图,这儿运用了NI公司的LabVIEW图形化代码。发送端的函数用于信源编码、信道编码、调制和上变频等,接纳端的函数则用于下变频、解调、信道解码和信源解码等。该软件特别适用于PXI体系,因为该体系供给了在通讯信号的生成/上变频和下变频/收集等阶段都需求的模块化通用RF仪器。

三、PXI——一个抱负的软件界说通讯测验渠道

PXI渠道十分适合于软件界说的通讯测验的原因有许多。最重要的是PXI渠道是根据PC机的。PXI仪器的功用是经过软件界说的,因而,单个PXI RF仪器能够测验多个通讯规范,所需的作业仅仅是改动运转于体系控制器的软件。PXI控制器选用最新的双核处理器能够方便地处理最杂乱的通讯算法。

跟着通讯规范的数据传输量持续添加,将通讯测验渠道构建于一个高数据传输量的总线之上十分重要。PXI根据PCI和快速PCI总线,供给高达6 GB/s的体系带宽和高达2 GB/s的单个仪器带宽。凭仗这样的数据吞吐量,您能够运用PXI仪器长时刻记载通讯信号以供离线剖析,回放已记载信号或仿真信号。

例如,经过晋级控制器到更高功用的处理器,您能够进步一个PXI体系中的一切仪器功用,。这种晋级并不适用于独立的仪器,因为独立仪器中的嵌入式处理器并不是用户可拜访或可晋级的。并且,因为PXI是一个多厂商支撑的渠道,一个体系的模块化组件能够来自于多个厂商,不会受限于单个厂商。再者一切的PXI产品都必须契合PXI的软硬件规范,然后确保了不同厂商产品间的互操作性。

大多数的体系在进行通讯测验时,也要测验设备的其它功用,包含如数字万用表(DMM)、可编程的电源供应和开关等的仪器。PXI渠道是通用的,并为大多数运用和丈量供给所需仪器。现有超越1000个PXI模块可供选用,它们都来自于PXI体系联盟(PXISA)的68个成员。

四、总结:软件界说的通讯体系供给了一个面向未来的渠道

运用软件界说的通讯测验体系的趋势将持续添加。相关安排现已承受并开端推进这样的开展走向因为它有助于结合规范的开展开发相应的测验体系。软件界说的测验为当时通讯体系供给了解决方案,更重要的是,它为行将出现的和未来的通讯体系供给了一种测验形式和渠道。

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