案例研究：用于通信測試的軟件定義無線電架構
目錄：
? RF與通信行業(yè)的發(fā)展趨勢
? 靈活的、軟件定義的通信測試
? PXI——一個適用于軟件定義通信測試的理想平臺
? 總結：軟件定義的通信系統(tǒng)提供了一個面向未來的平臺
? 參考文獻
? NI相關產品
RF與通信行業(yè)的發(fā)展趨勢 藍牙、WiMAX、cdma2000、ZigBee、GSM、EDGE和RFID——這些無線與通信產品繼續(xù)以史無前例的速率增長，如圖1所示。同時，隨著像Microsoft、Vodafone和Google等公司的努力，通過V CAST觀看足球錦標賽和從Google Earth獲取本地信息正在變得越來越普通。無線通信在許多國家已超過陸地通信并且當前的數據帶寬難以滿足無線通訊的需求，因此有效滿足這種需求成為移動通信面臨的巨大挑戰(zhàn)。
圖1 對數據持續(xù)增長的需求造成了一個無線與通信標準的“原木阻塞”。
除了要求具備多點無線標準外，通訊業(yè)界還被持續(xù)存在的壓力所驅使，不得不力爭以最快的速度將新產品推向市場。這使得其研究和設計的發(fā)展已經超過了測試的發(fā)展。因此制造商在相關標準還未完成前就發(fā)布了ZigBee與802.11n導致來自獨立儀器制造商的預定義標準測試系統(tǒng)不復存在。這都歸因于先發(fā)布一個無線標準、然后在先驅用戶(lead users)中構建設備原型、最后再針對大規(guī)模商用需求開發(fā)測試裝置這一傳統(tǒng)周期太耗費時間了。
需要兼容多個標準設備和必須在競爭對手之前發(fā)布新產品的壓力，是許多工程師使用超過一個無線與通信標準的兩個主要原因。事實上，從NI公司“儀器研究”調查中所收集的數據表明，在設計和測試具有無線通信功能設備的工程師中，幾乎三分之二的人在使用不只一個標準，其百分比分布如下：37%使用1個標準
? 30%使用2到3個標準
? 33%使用4個甚至更多的標準
從傳統(tǒng)做法看，您需要為每一個待測的通信標準準備一個獨立儀器。每個儀器有廠商定義的功能來對應某個特定的標準。這些特定的標準通信測量算法，以固件的形式運行在每個儀器的嵌入式處理器上，這意味著這些算法不是用戶可訪問或可定制的。而為每個待測標準購買一個新的獨立儀器成本太高。這就促使工程師尋求靈活的、獨立于系統(tǒng)的解決方案。
靈活的、軟件定義的通信測試
要緊跟無線通信發(fā)展步伐的方法之一是利用軟件。您可以采用一種軟件定義的方式構造儀器，通過使用編碼和調制軟件，生成并測量來自于模塊化的、通用的RF儀器的信號。這種由軟件定義無線電（SDR）來進行測試的方法，完全是驅動應用和用戶定義的。您可以利用它作為測試測量的研究和設計的建模仿真軟件。美國國防部（DoD）已經在支持這種SDR策略了。
“對于軍事來說，SDR是一種變革性的技術，它支持開發(fā)一個真正互操作的無線電族，使得在任何時候任何操作場所都能與盟軍進行通信。”——Steven MacLaird上校，聯(lián)合系統(tǒng)項目主管、JTRS聯(lián)合項目的項目經理（SDR論壇，2003年八月）。
一個典型的通信系統(tǒng)
通過逐步了解一個典型的通信系統(tǒng)的簡化功能模塊框圖，您可以看到如何將通信軟件與模塊化的通用RF儀器相結合來創(chuàng)建一個支持多個標準的測試系統(tǒng)。圖3展示了一個典型通信系統(tǒng)的主要功能模塊。您可以在發(fā)送端使用這些用于信源編碼、信道編碼、調制和上變頻的模塊，在接收端完成這個過程的逆過程。一個真實世界的通信鏈路包含一個傳輸所需的物理通道如空氣（無線）、光纖和銅纜等。
信源編碼與解碼
信源編碼的主要功能是以盡可能少的比特表示您的信息，以減少資源占用。信源編碼類似于數據壓縮，信息越小，傳輸速度越快，這意味著要更有效地使用寶貴的資源和頻譜。通過信源編碼，您可以用同樣的帶寬發(fā)送更多的信息。一些較常用的信源編碼算法包括jpeg壓縮、zip（LZ77和哈夫曼編碼算法的一種組合）、MP3（部分MPEG-1用于聲波和音樂壓縮）和MPEG-2（用于DVD）。
信道編碼與解碼
與信源編碼不同，信道編碼會在數據中添加比特，從而增加了信息的容量。添加比特或重用比特以確保了原始信息能夠更好地抵抗任何信道的損害，包括噪聲和衰減，以便解碼后能得到正確的原始信息。許多信道編碼算法在實現了正確編碼和數據傳輸平衡的同時還實現了信息量的最小化