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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 快速进展的无线标准以及如何应对技术革新者们面临的困境作者： NI 中国 市场部经理朱君 NI RF 平台产品市场经理 Joseph Kovacs hi 在这个科技飞速进步的时代,技术领导者（即革新者）们正面临着技术革新 所带来的困境；一方面,技术革新为公司赢得市场立足点,以及扩大市场份额 的机会；但另一方面,随着市场的成熟,这个加速公司成长的竞争优势却难以 长期维护,由于竞争会使产品逐步商品化、大众化,原先该产品上与众不同的 地方会逐步变得一般,需要有新的技术革新带来新的产品亮点；于是革新反而 就开头成为一种责任,迫使公司为了保持在市场上既有的
2、领导位置,连续不断 地进行技术革新,并且要以最短的时间将革新成果推向市场；能够表达技术革新者这种困境最为有力的证明之一便是在无线通信行业；以电 信市场为例,由于越来越多的功能集成到更小型和更价廉的设备上,手机这个 产品已经变得越来越复杂；过去只有少数几款手机具有多波段功能,然而现在,消费者们普遍要求他们的手机仍应当拥有蓝牙、Wi-Fi 和 FM广播等各种功能；随着各种不同的无线通信标准的显现,众多手机厂商都期望能领先把带有 新功能的产品投入市场,确保他们的市场份额；在这种情形下,设计和测试过 程将会变得愈加困难,工程师也将随之承担庞大的压力；为了与由技术驱动的市场步伐保持一样,越来越多的公司正
3、采纳一种以软件为 核心的平台,并协作模块化硬件,将设计到生产的全过程连接起来这就是一种基于虚拟仪器技术的解决方式；利用开放的软件平台,工程师可以简化并将设计工具链连接起来,从而将更多的技术集成至基本的原理图建模和仿真工 具；在同一个软件平台下的模块化测试架构就可以验证产品的功能；通过利用 软件平台和模块化构架这两者的开放性,厂商可以使用同一个平台将设计和测 试连接起来,从而削减产品上市时间,并且解决产品功能越来越复杂的这一挑 战,来凸现其产品的优势；在本文中,我们将概括地明白一下无线技术的进展,并介绍一种针对新兴无线 技术所设计,基于软件的测试构架,以及一些胜利的用户解决方案；无线技术无线技术
4、在传统上被认为（甚至被归类为）是电信产业中特别纵深的一个部 分,而现在我们就可以看到这一技术正横向扩展至很多非传统市场；无线技术 已经成为一项默认的设备功能,例如,芯片将多种无线技术集成至板上；汽车 使用蓝牙技术实现无波段通信；消费产品在单一设备上供应各种想象得到的无 线技术；工业依靠无线传感器来供应实时数据从而监督和掌握各种操作；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 回忆一下无线网络,我们可以看到这些技术大致可以归入一些主要的类别：无 线个人区域网络（ Wireless Personal Area Networks,
5、WPAN）、局域、城市域以及最新的地区性区域网络；我们也可以把无线广域网络归入蜂窝技术范畴；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 无线个人区域网络（ Wireless Personal Area Networks, WPAN）特别活跃而且包含很多各种不同的技术；WPAN是无线家庭的核心,由于这种技术,例如超宽带（ Ultra-Wideband ,UMB）,正被广泛应用于解决家庭中电缆过多这一困扰；UWB使得您无需电缆即可在家中任何地方放置平板电视；ZigBee 是针对工业部门的,无线可使 地方而无需电缆；HVAC、照明和
6、传感器掌握可以放置在任何从个人区域网络扩展出去就是局域网络 （Local Area Networks, LAN）；这里最主要的技术是 802.11 ；802.11a/b/g是人们所熟识的名字；无线城域网络（ Wireless Metropolitan Area Networks）包含即将采纳的WiMAX；802.16-2004 包含两种定点标准,一种在 扩展至 66GHz；由于 802.16e 将漫游功能添加至种特别有进展前途的技术；11GHz以下,另一种视距标准 WiMAX,所以现在看来它将是一802.22 是一种正在开发的崭新标准；这种无线区域网络（ Wireless Regional A
7、rea Network ,WRAN）在 54 至 862 MHz标准电视频道的频率范畴内发挥作用；这种认知技术采纳从前未曾使用过的、可得的电视频率波段；由于 WRAN的范畴 可超过 40km,802.22 将极有可能为 WiMAX供应支持 ；假如我们将各种不同的标准沿时间轴绘制,那么很多技术的开发过程会马上变 得特别清楚,而这些全新标准的开发正以前所未有的速度进行着；很多技术（例如 AMPS、802.11 、GSM和 RFID）已经存在了数年,但是,最近几年其他越 来越多的标准正在得到开发,用以解决数据需要与需求的不断增长；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习
8、资料 - - - - - - - - - 在 2000 年之前,每个设备仅仅具有一到两种无线技术就足够了；但现在,由于 多种标准同时存在,对于设备来说必需同时实现多种标准才能推向市场,为用 户供应无缝的操作；这就对设计者、测试工程师和制造商都提出了苛刻的要 求；无线技术的革新会带来更多的标准,并使上述趋势变得更加复杂；以以下出的 是一些正在研发阶段的新兴的无线标准：* OFDM（正交频分复用）这一技术正逐步得以普及而且正在很多新标准中 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,以便在显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
9、频谱；* Ad Hoc 和传感器网络* 软件无线电（ Software Defined Radio ,SDR） SDR使用可重复配置的硬件,例如 FPGA,使得硬件可以适用于不断变换的网络要求；* 多天线系统（ MIMO）多输入,多输出在这些系统中,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；* 多个无线标准共存标准组织正致力于解决这些挑战；由此可见,无线领域正在快速进展,工程师们仍有很多工作需要连续下去；在全部这些新标准同时显现和共存的
10、情形下,设备生产商、测试工程师、和设计师面临着很多挑战,通常 RF设备的购买周期通常是 5 至 7 年,但新标准和新技术的推出周期是每两年一轮；因此很明显,由于市场需求的更新特别快速,购买的 RF设备将会很快过时；如何解决这些问题？何种平台能够具扩展性以解决无线市场上快速的技术进步？让我们来明白一下图示所描述的一个完整的、集成的测试和设计验证系统；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 就像软件无线电将硬件和软件区分开来一样,让我们集中关注在这两个方面硬件和软件这与我们所争论的虚拟仪器技术如何为这些挑战供应解决方案一样；
11、通常,被测设备（ device under test要通过外围的测试硬件来进行检验；这些功能可能包括）包含各种不同的功能,需 DC、AC、音频、视频、IR、和 RF等等；随着更多的功能集中至这一个被测设备,测试硬件平台需要变 得更开放和模块化,从而可以实现升级并满意最新的需要；软件部分,在图中以深蓝色表示,需要完成三个关键的任务用于向测试硬件发布命令的系统掌握、将原始数据转换成有意义的结果的信号分析处理,以及以一种有效的方式显示测量结果的可视化功能；除此之外,软件平台需要具有开放性,使用户可以与电子设计自动化（EDA）软件交互,从而将更多的技术集成至基本的原理图建模和仿真工具,最终就可以利用嵌
12、入式开发工具将这些电子设计自动转换成物理芯片或板卡；NI 预见到了这种行业的进展趋势,并通过采纳各种先进的商业技术,以惊人的发布速率（每两个工作日发布一种产品）扩展其模块化仪器产品线,满意用户的需求；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 这些模块化硬件所供应的功能涵盖从温度和压力,至RF矢量信号生成和采集,都可以无缝地集成至开放的 PXI 平台；此外,利用内置的高带宽背板与定时和触发总线, PXI 平台确保了同步功能；值得一提的是,这个平台是可升级的,当新的处理器推出,无需废弃整个平台就可以升级处理器,而且在现有的、数
13、以千计的模块中挑选一款,工程师即可测试新的特性；相对于传统仪器,这就 供应了一个庞大的优势；由于您一旦购买了一台传统仪器之后,直到下一次更 新设备（通常是 5 至 7 年时间）,您都会被束缚于那台仪器中的处理器或测试 特性；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 从软件方面来看,用于 LabVIEW和 LabWindows/CVI（一个 ANSI C开发环境）的调制解调工具包供应了一个开发行业内特定通信标准的基础,例如CDMA2000 、GPS 、UWB 、GSM 、蓝牙 、ZigBee,等等 ；利用这个敏捷可变的基础,当
14、新的标准显现并获得批准时,工程师就可以在这相同的平台上开发出符合标准的软件；让我们通过以下两个实例证明软硬件集成的RF平台是如何满意用户需求的：用户解决方案 1：对 MIMO-OFDM 4G系统进行原型设计这是一个极具代表性的实例,用来说明利用这个平台如何快速地对系统进行原型设计和开发；这是一个在德州高校奥斯汀分校（the University of Texas in Austin）开发的 MIMO-OFDM 4G 系统；在 UT无线网络和通信试验室 Robert Heath 教授的指导下,三名同学在 6 个星期内设计了这个 4G系统的原型；在下图右上角的前面板,您可以看到 UT校内的两幅图片
15、上面的一幅是原始的照片而下面的一幅就是经过 4G系统传输之后所复原的图片；您仍可以看到星座图以及所进行的一些测量；他们使用的工具包括 NI RF 矢量信号发生器、 RF矢量信号分析仪、调制解调工具包和 LabVIEW软件 ；此外,加州高校伯克利分校的相关人员也在使用相同的设备进行类似的争论；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 利用同样的系统,我们的客户已经为 RFID这个不断增长的市场,例如轮胎压力监控和无钥门禁领域,开发了相应的应用；从 RFID标签或读卡器上采集返回的响应需要很快的生成和触发速度,NI PXI 平台
16、数十皮秒（ picosecond ）辨论率的触发性能可很好地满意任务的全部要求；用户解决方案 2：软件无线电平台用于频谱监测再来看一个中国本地市场的实例,成都华日通信公司（华日电信）是一家大型 的无线电定向系统开发商和生产商,他们需要一个用于频谱监测、定向和信号 识别的解决方案；这个系统需要供应应用户更优的性能以监测政府管制频段之 内和之外的信号,同时仍要利用信号识别和定向功能来查明非法传输或干扰的 信号源；利用 NI PXI-5660 PXI矢量信号分析仪和LabVIEW环境所开发的软件,华日开发了 HR-100一个正在申请专利的宽带无线电接收机和监测系统；这个系统 既可以用作无线电接收机也
17、可以用作一个 RF矢量信号分析仪来检测现代的宽带 数字通信信号以及传统的窄带模拟广播信号；此外,这个系统可以配置成一个 单通道的接收机或一个多通道的定向系统；由于这个全新的系统使用开放的软 件无线电平台, HR-100可以完成标准的和自定义的测量,而这在以前需要多个 专用的、独立的仪器才能完成；并且,公司可以对这个开放的系统进行升级以 满意将来无线标准的需要,这对于无线标准的快速变化正是特别关键的；最近这个系统已经通过了相关部门的严格验证测试,展现了其出众的性能；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 什么是 RF？射频, Radio Frequency ,简称 RF ；射频就是射频电流,它是一种高频沟通变化电磁波的简称；每秒变化小于 1000 次的沟通电称为低频电流,大于 10000 次的称为高频电流,而射频就是这样一种高频电流；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 9 页