通過軟件無線電的架構(gòu)加速無線技術(shù)的開發(fā)與測試

下圖顯示了National Instruments的LabVIEW圖形化的語言和NI的PXI平臺，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的軟件無線電測試平臺

一直倡導(dǎo)這種“以軟件為核心的測試測量構(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)測試平臺PXI，再一次領(lǐng)導(dǎo)了業(yè)界趨勢。1998年，NI與其他測試測量企業(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的測量和自動化平臺，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能夠被實(shí)時并持續(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成為無線測試?yán)硐氲母咝阅?、低成本的運(yùn)載平臺。

基于軟件的模塊化測試平臺少不了一個靈活的軟件平臺。LabVIEW就是一個專門為工程師設(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)和測試最新技術(shù)（包括無線標(biāo)準(zhǔn)）的必備工具。在以下兩個案例中，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周時間內(nèi)開發(fā)一個基于4G的系統(tǒng)；以及一家本地公司開發(fā)業(yè)界首個測試1C2G RFID系統(tǒng)的成功方案。

用戶解決方案

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

這是一個極具代表性的實(shí)例，用來說明利用這個平臺如何快速地對系統(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)傳輸時信號間干擾增大的問題，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通信系統(tǒng)中的核心技術(shù)。MIMO（多輸入多輸出）利用多個天線實(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，可同時提升無線通信系統(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個星期內(nèi)設(shè)計(jì)了一個4G系統(tǒng)的原型。

該實(shí)驗(yàn)室之所以選擇基于軟件的模塊化測試平臺，是因?yàn)橥ㄟ^現(xiàn)成可用的NI RF矢量信號發(fā)生器、RF矢量信號分析儀、LabVIEW軟件和調(diào)制解調(diào)工具包，研究人員們已經(jīng)站在一個很高的起點(diǎn)之上了，因此他們就可以專注于核心部分 的開發(fā)。在完成設(shè)計(jì)工序的時候，需要為MIMO無線通信系統(tǒng)構(gòu)建原型，并且要為理論研究提供實(shí)際的驗(yàn)證。傳統(tǒng)的方式是要用到昂貴的專用硬件，這樣一來編程 很費(fèi)時間，在研究室里也很難去維護(hù)。用了集成的NI軟件和RF產(chǎn)品，德州大學(xué)奧斯汀分校的研究人員就可以快速的創(chuàng)建一個無線通信系統(tǒng)，包括調(diào)制、同步和均 衡等各種要素。