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hi 在這個(gè)科技飛速進(jìn)步的時(shí)代，技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者（即革新者）們正面臨著技術(shù)革新所帶來的困境。一方面，技術(shù)革新為公司贏得市場(chǎng)立足點(diǎn)，以及擴(kuò)大市場(chǎng)份額的機(jī)會(huì)。但另一方面，隨著市場(chǎng)的成熟，這個(gè)加速公司成長的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)卻難以長久維持，因?yàn)楦?jìng)爭會(huì)使產(chǎn)品逐漸商品化、大眾化，原先該產(chǎn)品上與眾不同的地方會(huì)逐漸變得普通，需要有新的技術(shù)革新帶來新的產(chǎn)品亮點(diǎn)。于是革新反而就開始成為一種責(zé)任，迫使公司為了保持在市場(chǎng)上既有的領(lǐng)導(dǎo)地位，持續(xù)不斷地進(jìn)行技術(shù)革新，并且要以最短的時(shí)間將革新成果推向市場(chǎng)。
能夠體現(xiàn)技術(shù)革新者這種困境最為有力的證明之一便是在無線通信行業(yè)。以電信市場(chǎng)為例，由于越來越多的功能集成到更小型和更價(jià)廉的設(shè)備上，手機(jī)這個(gè)產(chǎn)品已經(jīng)變得越來越復(fù)雜。過去只有少數(shù)幾款手機(jī)具有多波段功能，然而現(xiàn)在，消費(fèi)者們普遍要求他們的手機(jī)還應(yīng)該擁有藍(lán)牙、Wi-Fi和FM廣播等各種功能。隨著各種不同的無線通信標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，眾多手機(jī)廠商都希望能率先把帶有新功能的產(chǎn)品投入市場(chǎng)，確保他們的市場(chǎng)份額。在這種情況下，設(shè)計(jì)和測(cè)試過程將會(huì)變得愈加困難，工程師也將隨之承受巨大的壓力。
為了與由技術(shù)驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)步伐保持一致，越來越多的公司正采用一種以軟件為核心的平臺(tái)，并配合模塊化硬件，將設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的全過程連接起來——這就是一種基于虛擬儀器技術(shù)的解決方式 。利用開放的軟件平臺(tái)，工程師可以簡化并將設(shè)計(jì)工具鏈連接起來，從而將更多的技術(shù)集成至基本的原理圖建模和仿真工具。在同一個(gè)軟件平臺(tái)下的模塊化測(cè)試架構(gòu)則可以驗(yàn)證產(chǎn)品的功能。通過利用軟件平臺(tái)和模塊化構(gòu)架這兩者的開放性，廠商可以使用同一個(gè)平臺(tái)將設(shè)計(jì)和測(cè)試連接起來，從而減少產(chǎn)品上市時(shí)間，并且解決產(chǎn)品功能越來越復(fù)雜的這一挑戰(zhàn)，來凸現(xiàn)其產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)。
在本文中，我們將概括地了解一下無線技術(shù)的發(fā)展，并介紹一種針對(duì)新興無線技術(shù)所設(shè)計(jì)，基于軟件的測(cè)試構(gòu)架，以及一些成功的用戶解決方案。
1. 無線技術(shù)
無線技術(shù)在傳統(tǒng)上被認(rèn)為（甚至被歸類為）是電信產(chǎn)業(yè)中非?？v深的一個(gè)部分，而現(xiàn)在我們則可以看到這一技術(shù)正橫向擴(kuò)展至許多非傳統(tǒng)市場(chǎng)。無線技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)默認(rèn)的設(shè)備功能，例如，芯片將多種無線技術(shù)集成至板上；汽車使用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)無波段通信；消費(fèi)產(chǎn)品在單一設(shè)備上提供各種想象得到的無線技術(shù)；工業(yè)依賴無線傳感器來提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)從而監(jiān)督和控制各種操作。
回顧一下無線網(wǎng)絡(luò)，我們可以看到這些技術(shù)大致可以歸入一些主要的類別：無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Personal Area Networks, WPAN）、局域、城市域以及最新的地區(qū)性區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。我們也可以把無線廣域網(wǎng)絡(luò)歸入蜂窩技術(shù)范疇。
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無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Personal Area Networks, WPAN）非?；钴S而且包含許多各種不同的技術(shù)。WPAN是無線家庭的核心，因?yàn)檫@種技術(shù)，例如超寬帶（Ultra-Wideband，UMB），正被廣泛應(yīng)用于解決家庭中電纜過多這一困擾。UWB使得您無需電纜即可在家中任何地方放置平板電視。
ZigBee是針對(duì)工業(yè)部門的，無線可使HVAC、照明和傳感器控制可以放置在任何地方而無需電纜。
從個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展出去就是局域網(wǎng)絡(luò)（Local Area Networks, LAN）。這里最主要的技術(shù)是802.11。802.11a/b/g是人們所熟悉的名字。
無線城域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Metropolitan Area Networks）包含即將采用的WiMAX。802.16-2004包含兩種定點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，一種在11GHz以下，另一種視距標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展至66GHz。由于802.16e將漫游功能添加至WiMAX，所以現(xiàn)在看來它將是一種非常有發(fā)展前途的技術(shù)。
802.22是一種正在開發(fā)的嶄新標(biāo)準(zhǔn)。這種無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Regional Area Network，WRAN）在54至862 MHz標(biāo)準(zhǔn)電視頻道的頻率范圍內(nèi)發(fā)揮作用。這種認(rèn)知技術(shù)采用從前未曾使用過的、可得的電視頻率波段。由于WRAN的范圍可超過40km，802.22將極有可能為WiMAX提供支持 。
如果我們將各種不同的標(biāo)準(zhǔn)沿時(shí)間軸繪制，那么許多技術(shù)的開發(fā)過程會(huì)立刻變得十分清晰，而這些全新標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)正以前所未有的速度進(jìn)行著 。許多技術(shù)（例如AMPS、802.11、GSM和 RFID）已經(jīng)存在了數(shù)年，但是，最近幾年其他越來越多的標(biāo)準(zhǔn)正在得到開發(fā)，用以解決數(shù)據(jù)需要與需求的不斷增長。
在2000年之前，每個(gè)設(shè)備僅僅具有一到兩種無線技術(shù)就足夠了。但現(xiàn)在，由于多種標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)存在，對(duì)于設(shè)備來說必須同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種標(biāo)準(zhǔn)才能推向市場(chǎng)，為用戶提供無縫的操作。這就對(duì)設(shè)計(jì)者、測(cè)試工程師和制造商都提出了苛刻的要求。
無線技術(shù)的革新會(huì)帶來更多的標(biāo)準(zhǔn)，并使上述趨勢(shì)變得更加復(fù)雜。以下列出的是一些正在研發(fā)階段的新興的無線標(biāo)準(zhǔn)：
* OFDM（正交頻分復(fù)用）——這一技術(shù)正逐漸得以普及而且正在許多新標(biāo)準(zhǔn)中得以實(shí)現(xiàn)。
* 4G 蜂窩技術(shù)
* 認(rèn)知無線電——作為802.22標(biāo)準(zhǔn)的一部分，這一技術(shù)可搜尋空頻譜，以便在出現(xiàn)沖突或者通信流時(shí)使用。然后通信流就被轉(zhuǎn)移至其他未使用的頻譜。
* Ad Hoc和傳感器網(wǎng)絡(luò)
* 軟件無線電（Software Defined Radio ，SDR）——SDR使用可重復(fù)配置的硬件，例如FPGA，使得硬件可以適用于不斷變換的網(wǎng)絡(luò)要求。
* 多天線系統(tǒng)（MIMO）——多輸入，多輸出——在這些系統(tǒng)中，多個(gè)天線用來提高系統(tǒng)容量。
* 超寬帶（Ultra-Wideband ，UWB）——在第一代設(shè)備上（3.1至4.8GHz），每通道使用完整的528MHz并且以480Mbit/s的速率傳輸數(shù)據(jù)。
* 多個(gè)無線標(biāo)準(zhǔn)共存——標(biāo)準(zhǔn)組織正致力于解決這些挑戰(zhàn)。
由此可見，無線領(lǐng)域正在快速發(fā)展，工程師們還有很多工作需要繼續(xù)下去。在所有這些新標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)出現(xiàn)和共存的情形下，設(shè)備生產(chǎn)商、測(cè)試工程師、和設(shè)計(jì)師面臨著許多挑戰(zhàn)，通常RF設(shè)備的購買周期通常是5至7年，但新標(biāo)準(zhǔn)和新技術(shù)的推出周期是每兩年一輪。因此很明顯，由于市場(chǎng)需求的更新非?？焖伲徺I的RF設(shè)備將會(huì)很快過時(shí)。
如何解決這些問題？何種平臺(tái)能夠具擴(kuò)展性以解決無線市場(chǎng)上快速的技術(shù)進(jìn)步？讓我們來了解一下圖示所描述的一個(gè)完整的、集成的測(cè)試和設(shè)計(jì)驗(yàn)證系統(tǒng)。
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就像軟件無線電將硬件和軟件區(qū)別開來一樣，讓我們集中關(guān)注在這兩個(gè)方面——硬件和軟件——這與我們所討論的虛擬儀器技術(shù)如何為這些挑戰(zhàn)提供解決方案一樣 。 通常，被測(cè)設(shè)備（device under test）包含各種不同的功能，需要通過外圍的測(cè)試硬件來進(jìn)行檢驗(yàn)。這些功能可能包括DC、AC、音頻、視頻、IR、和RF等等。隨著更多的功能集中至這一個(gè)被測(cè)設(shè)備，測(cè)試硬件平臺(tái)需要變得更開放和模塊化，從而可以實(shí)現(xiàn)升級(jí)并滿足最新的需要。
軟件部分，在圖中以深藍(lán)色表示，需要完成三個(gè)關(guān)鍵的任務(wù)——用于向測(cè)試硬件發(fā)布命令的系統(tǒng)控制、將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有意義的結(jié)果的信號(hào)分析處理，以及以一種有效的方式顯示測(cè)量結(jié)果的可視化功能 。除此之外，軟件平臺(tái)需要具有開放性，使用戶可以與電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）軟件交互，從而將更多的技術(shù)集成至基本的原理圖建模和仿真工具，最后就可以利用嵌入式開發(fā)工具將這些電子設(shè)計(jì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成物理芯片或板卡。
NI預(yù)見到了這種行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，并通過采用各種先進(jìn)的商業(yè)技術(shù)，以驚人的發(fā)布速率（每兩個(gè)工作日發(fā)布一種產(chǎn)品）擴(kuò)展其模塊化儀器產(chǎn)品線，滿足用戶的需求。
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這些模塊化硬件所提供的功能涵蓋從溫度和壓力，至RF矢量信號(hào)生成和采集，都可以無縫地集成至開放的PXI平臺(tái)。此外，利用內(nèi)置的高帶寬背板與定時(shí)和觸發(fā)總線，PXI平臺(tái)確保了同步功能 。值得一提的是，這個(gè)平臺(tái)是可升級(jí)的，當(dāng)新的處理器推出，無需廢棄整個(gè)平臺(tái)就可以升級(jí)處理器，而且在現(xiàn)有的、數(shù)以千計(jì)的模塊中選擇一款，工程師即可測(cè)試新的特性。相對(duì)于傳統(tǒng)儀器，這就提供了一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)槟坏┵徺I了一臺(tái)傳統(tǒng)儀器之后，直到下一次更新設(shè)備（通常是5至7年時(shí)間），您都會(huì)被束縛于那臺(tái)儀器中的處理器或測(cè)試特性。
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從軟件方面來看，用于LabVIEW和LabWindows/CVI（一個(gè)ANSI C開發(fā)環(huán)境）的調(diào)制解調(diào)工具包提供了一個(gè)開發(fā)行業(yè)內(nèi)特定通信標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，例如CDMA2000 、GPS 、UWB 、GSM 、藍(lán)牙 、ZigBee，等等 。利用這個(gè)靈活可變的基礎(chǔ)，當(dāng)新的標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)并獲得批準(zhǔn)時(shí)，工程師就可以在這相同的平臺(tái)上開發(fā)出符合標(biāo)準(zhǔn)的軟件。
讓我們通過以下兩個(gè)實(shí)例證明軟硬件集成的RF平臺(tái)是如何滿足用戶需求的：
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)。
這是一個(gè)在德州大學(xué)奧斯汀分校（the University of Texas in Austin）開發(fā)的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)了這個(gè)4G系統(tǒng)的原型。
在下圖右上角的前面板，您可以看到UT校園的兩幅圖片——上面的一幅是原始的照片而下面的一幅則是經(jīng)過4G系統(tǒng)傳輸之后所恢復(fù)的圖片。您還可以看到星座圖以及所進(jìn)行的一些測(cè)量。
他們使用的工具包括NI RF矢量信號(hào)發(fā)生器、RF矢量信號(hào)分析儀、調(diào)制解調(diào)工具包和LabVIEW軟件 。此外，加州大學(xué)伯克利分校的相關(guān)人員也在使用相同的設(shè)備進(jìn)行類似的研究。
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利用同樣的系統(tǒng)，我們的客戶已經(jīng)為RFID這個(gè)不斷增長的市場(chǎng)，例如輪胎壓力監(jiān)控和無鑰門禁領(lǐng)域，開發(fā)了相應(yīng)的應(yīng)用。從RFID標(biāo)簽或讀卡器上采集返回的響應(yīng)需要很快的生成和觸發(fā)速度，NI PXI平臺(tái)數(shù)十皮秒（picosecond）分辨率的觸發(fā)性能可很好地滿足任務(wù)的所有要求。
用戶解決方案2：軟件無線電平臺(tái)用于頻譜監(jiān)測(cè)
再來看一個(gè)中國本地市場(chǎng)的實(shí)例，成都華日通信公司（華日電信）是一家大型的無線電定向系統(tǒng)開發(fā)商和生產(chǎn)商，他們需要一個(gè)用于頻譜監(jiān)測(cè) 、定向和信號(hào)識(shí)別的解決方案。這個(gè)系統(tǒng)需要提供給用戶更優(yōu)的性能以監(jiān)測(cè)政府管制頻段之內(nèi)和之外的信號(hào)，同時(shí)還要利用信號(hào)識(shí)別和定向功能來查明非法傳輸或干擾的信號(hào)源。
利用NI PXI-5660 PXI矢量信號(hào)分析儀和LabVIEW環(huán)境所開發(fā)的軟件，華日開發(fā)了HR-100——一個(gè)正在申請(qǐng)專利的寬帶無線電接收機(jī)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)既可以用作無線電接收機(jī)也可以用作一個(gè)RF矢量信號(hào)分析儀來檢測(cè)現(xiàn)代的寬帶數(shù)字通信信號(hào)以及傳統(tǒng)的窄帶模擬廣播信號(hào)。此外，這個(gè)系統(tǒng)可以配置成一個(gè)單通道的接收機(jī)或一個(gè)多通道的定向系統(tǒng)。由于這個(gè)全新的系統(tǒng)使用開放的軟件無線電平臺(tái)，HR-100可以完成標(biāo)準(zhǔn)的和自定義的測(cè)量，而這在以前需要多個(gè)專用的、獨(dú)立的儀器才能完成 。并且，公司可以對(duì)這個(gè)開放的系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)以滿足將來無線標(biāo)準(zhǔn)的需要，這對(duì)于無線標(biāo)準(zhǔn)的迅速變化正是十分關(guān)鍵的。
最近這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)通過了相關(guān)部門的嚴(yán)格驗(yàn)證測(cè)試，展示了其出眾的性能。
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2. 更多相關(guān)資源
技術(shù)文檔：軟件無線電架構(gòu)和應(yīng)用
中文網(wǎng)頁：了解更多NI射頻技術(shù)及應(yīng)用
中文網(wǎng)頁：無線遠(yuǎn)程監(jiān)控
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論