加速無線技術(shù)開發(fā)與測(cè)試的軟件無線電架構(gòu)

下圖顯示了National Instruments的LabVIEW圖形化的語言和NI的PXI平臺(tái)，通過軟件無線電的方法再現(xiàn)了上述通訊系統(tǒng)的功能框圖。模塊化的硬件除了完成物理上的上下變頻過程外，其余的功能都是通過軟件來完成的。

基于PXI和LabVIEW的軟件無線電測(cè)試平臺(tái)

一直倡導(dǎo)這種“以軟件為核心的測(cè)試測(cè)量構(gòu)架” 概念的是NI公司，自1986年推出其旗艦軟件LabVIEW之后，NI一直在幫助工程師通過這一革命性的圖形化編程語言，提高他們的工作效率。其 后，NI于1997年首推了基于PC的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試平臺(tái)PXI，再一次領(lǐng)導(dǎo)了業(yè)界趨勢(shì)。1998年，NI與其他測(cè)試測(cè)量企業(yè)共同組成了PXI系統(tǒng)聯(lián)盟，迄 今為止該聯(lián)盟已經(jīng)擁有超過70家會(huì)員公司和1200余種PXI產(chǎn)品，其功能包括從電源、DMM到RF，使得用戶可以根據(jù)他們特定的測(cè)試需求進(jìn)行選擇和組 合。

PXI作為一種堅(jiān)固的、基于PC的測(cè)量和自動(dòng)化平臺(tái)，它結(jié)合了PCI/PCI Express的電氣總線特性與CompactPCI的堅(jiān)固性、模塊化及Eurocard機(jī)械封裝的特性，增加了專門的定時(shí)和同步總線；其高達(dá)6GB/s 的背板總線帶寬能夠保證上下變頻后的中頻信號(hào)能夠被實(shí)時(shí)并持續(xù)的數(shù)字化到PC進(jìn)行處理；PXI的控制器采用了最先進(jìn)的雙核處理器并運(yùn)行Windows的操 作系統(tǒng)，能夠應(yīng)付任何復(fù)雜的通訊算法。這些都使PXI成為無線測(cè)試?yán)硐氲母咝阅?、低成本的運(yùn)載平臺(tái)。

基于軟件的模塊化測(cè)試平臺(tái)少不了一個(gè)靈活的軟件平臺(tái)。LabVIEW就是一個(gè)專門為工程師設(shè)計(jì)的圖形化編程語言。除了和PXI硬件的無縫連接外，它 還集成了多達(dá)600種信號(hào)處理和分析的算法，以及調(diào)制解調(diào)、頻譜分析等各種工具包，針對(duì)射頻的應(yīng)用，能夠完成功率譜、峰值功率和頻率、帶內(nèi)功率、鄰頻功率 等一系列的測(cè)量。在LabVIEW開放的軟件環(huán)境中，用戶還可以實(shí)現(xiàn)帶有自主產(chǎn)權(quán)的射頻算法，以滿足日益發(fā)展的無線通信標(biāo)準(zhǔn)的需求。（見下圖）

現(xiàn)在，LabVIEW、PXI和模塊化儀器已經(jīng)成為工程師和科學(xué)家們開發(fā)和測(cè)試最新技術(shù)（包括無線標(biāo)準(zhǔn)）的必備工具。在以下兩個(gè)案例中，我們將看到 德州大學(xué)奧斯汀分校的研究人員使用這一技術(shù)，如何在短短6周時(shí)間內(nèi)開發(fā)一個(gè)基于4G的系統(tǒng)；以及一家本地公司開發(fā)業(yè)界首個(gè)測(cè)試1C2G RFID系統(tǒng)的成功方案。

用戶解決方案

用戶解決方案1：對(duì)MIMO-OFDM 4G系統(tǒng)進(jìn)行原型設(shè)計(jì)

這是一個(gè)極具代表性的實(shí)例，用來說明利用這個(gè)平臺(tái)如何快速地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和開發(fā)。OFDM（正交頻分復(fù)用）是一種多載波數(shù)字通信調(diào)制技術(shù)。它 選擇相互之間正交的載波頻率作子載波，利用多個(gè)子載波并行傳輸。OFDM技術(shù)能夠克服CDMA在支持高速率數(shù)據(jù)傳輸時(shí)信號(hào)間干擾增大的問題，并且有頻譜效 率高、硬件實(shí)施簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此OFDM被視為是第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的核心技術(shù)。MIMO（多輸入多輸出）利用多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不需要增加頻譜 資源和天線發(fā)送功率的情況下，可以成倍地提高信道容量。

MIMO-OFDM結(jié)合了MIMO和OFDM的優(yōu)勢(shì)，可同時(shí)提升無線通信系統(tǒng)的速度、范圍和可靠性，現(xiàn)在已經(jīng)被寫入WLAN802.11n以及 WiMAX802.16標(biāo)準(zhǔn)之中。被業(yè)界廣泛關(guān)注的第4代移動(dòng)通信的研究還處于初期階段，其基本功能、核心技術(shù)還處于構(gòu)想階段，MIMO-OFDM也是構(gòu) 建4G系統(tǒng)的熱門方案之一。

德州大學(xué)奧斯汀分校（the University of Texas in Austin）開發(fā)了MIMO-OFDM 4G系統(tǒng)，在UT無線網(wǎng)絡(luò)和通信實(shí)驗(yàn)室Robert Heath教授的指導(dǎo)下，三名學(xué)生在6個(gè)星期內(nèi)設(shè)計(jì)了一個(gè)4G系統(tǒng)的原型。