軟件定義的無(wú)線電技術(shù)是20世紀(jì)90年代初由美國(guó)人Joe Mitola首先提出的[1]。他提出軟件定義的無(wú)線電(簡(jiǎn)稱軟件無(wú)線電)就是由軟件進(jìn)行信道調(diào)制解調(diào)的無(wú)線電。這樣的數(shù)字通信系統(tǒng)的少數(shù)射頻參數(shù)由硬件射頻前端決定，實(shí)際的通信協(xié)議主要由軟件定義。也就是說(shuō)系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際信道條件和用戶需求選擇適當(dāng)?shù)木幋a和調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)通信的能力。這個(gè)軟件定義無(wú)線電的理論為軍事通信帶來(lái)了接近無(wú)限的靈活性，所以醍醐灌頂?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)設(shè)計(jì)師們一開始就得到了高強(qiáng)度的研發(fā)資金投入。隨著20世紀(jì)末高性能中頻器件逐步商品化，主要是高速AD、DA和中頻處理器件的商品化，無(wú)線通信終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)者和測(cè)試測(cè)量儀器設(shè)計(jì)者逐步沐浴到了軟件無(wú)線電的甘霖。由此催生成熟了軟件定義的射頻儀器和軟件定義的無(wú)線通信產(chǎn)品。

軟件無(wú)線電在手機(jī)和測(cè)量?jī)x器中的應(yīng)用

在無(wú)線通信領(lǐng)域，手機(jī)和他們的檢測(cè)設(shè)備不約而同地采用了軟件定義無(wú)線電的技術(shù)。圖1和圖2分別是典型的檢測(cè)系統(tǒng)和手機(jī)的原理框圖。軟件無(wú)線電給測(cè)試測(cè)量?jī)x器和被測(cè)量的無(wú)線通信設(shè)備都帶來(lái)了靈活性。對(duì)儀器而言，通過(guò)調(diào)用不同的軟件就可以檢測(cè)不同通信協(xié)議的被測(cè)件。對(duì)通信設(shè)備而言，通過(guò)下載不同的軟件就可以用不同的通信協(xié)議通信。其中軟件可以有不同的承載平臺(tái)。軟件可以安裝在計(jì)算機(jī)硬盤或者閃盤上，可以下載到DSP或者FPGA上。對(duì)于手機(jī)，大多以后者形式運(yùn)行。對(duì)于儀器，大多采用微軟-英特計(jì)算機(jī)平臺(tái)。

圖 1軟件無(wú)線電檢測(cè)典型系統(tǒng)原理框圖

圖 2手機(jī)電子典型結(jié)構(gòu)原理框圖

在儀器方面，又分為封閉結(jié)構(gòu)和開放結(jié)構(gòu)兩種流派。封閉結(jié)構(gòu)儀器提供一定數(shù)量協(xié)議的完整的無(wú)線測(cè)試測(cè)量功能。用戶通過(guò)調(diào)用程控指令，如GPIB指令，就可以完成對(duì)被測(cè)件的各項(xiàng)測(cè)試。儀器內(nèi)部構(gòu)架對(duì)使用者不公開。協(xié)議擴(kuò)展或測(cè)試功能擴(kuò)展完全依賴儀器供應(yīng)商。這個(gè)流派以安捷倫(Agilent)和羅德施瓦茨(Rhode and Schwarz)為代表，儀器有著名的8960和CMU200。這類使傳統(tǒng)的儀器，在儀器供應(yīng)商內(nèi)部，它們是軟件定義的，對(duì)使用者，它們是預(yù)定義的。開放結(jié)構(gòu)儀器建立在公開的標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)上，各個(gè)儀器模塊(也稱模塊化儀器)由公開的計(jì)算機(jī)函數(shù)控制。儀器供應(yīng)商、第三方軟件開發(fā)商或者用戶自己開發(fā)的軟件通過(guò)調(diào)用這些函數(shù)組合配合數(shù)字信號(hào)處理和測(cè)試測(cè)量算法軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)件的各項(xiàng)測(cè)試。協(xié)議和測(cè)試功能的擴(kuò)展可以由任何具備能力的人開發(fā)。這個(gè)流派以美國(guó)國(guó)家儀器(National Instruments)為代表，PXI儀器平臺(tái)就是它倡導(dǎo)的。

目前，開放式結(jié)構(gòu)的總線基本只有PXI和VXI可選。由于這兩種總線不能夠支持許多無(wú)線通信協(xié)議要求的納秒級(jí)精度的應(yīng)答同步，又因?yàn)殚_發(fā)信令協(xié)議棧的技術(shù)難度，在開放式系統(tǒng)上只見到WiFi、藍(lán)牙、RFID等少數(shù)協(xié)議的信令測(cè)試系統(tǒng)，至今沒(méi)有看到GSM、CDMA等常見協(xié)議的模擬通話測(cè)試系統(tǒng)。對(duì)這點(diǎn)，可以通過(guò)增強(qiáng)儀器中頻實(shí)時(shí)處理能力來(lái)提供條件，也可以索性取消信令測(cè)試來(lái)解決問(wèn)題。前者源自測(cè)試測(cè)量供應(yīng)商，后者源自生產(chǎn)廠。而今年來(lái)行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，導(dǎo)致信令測(cè)試的減少或者取消成為生產(chǎn)測(cè)試的基本要求。

從通話測(cè)試到參數(shù)測(cè)試

模擬通話的功能測(cè)試

首先回顧一下傳統(tǒng)的手機(jī)無(wú)線檢測(cè)。傳統(tǒng)上我們使用一臺(tái)具有基站信令協(xié)議棧的射頻檢測(cè)儀器。這臺(tái)儀器和被測(cè)設(shè)備通過(guò)無(wú)線協(xié)議的空中接口建立模擬通話，在模擬通話的同時(shí)檢測(cè)手機(jī)的性能。通常我們稱這種儀器為綜測(cè)儀。這里的空中接口是通信協(xié)議中基站無(wú)線收發(fā)機(jī)和終端(如手機(jī))無(wú)線收發(fā)機(jī)之間的一個(gè)界面，實(shí)際使用的時(shí)候是通過(guò)空氣，但檢測(cè)的時(shí)候也可以通過(guò)電纜聯(lián)接。這種使用綜測(cè)儀模擬通話的檢測(cè)方法利用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的協(xié)議指令，使得射頻檢測(cè)和產(chǎn)品內(nèi)部設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)，可以適應(yīng)特定協(xié)議下任何廠商設(shè)計(jì)和制造的移動(dòng)終端。模擬通話的檢測(cè)方法壟斷了無(wú)線測(cè)試行業(yè)，直到最近幾年，無(wú)線終端產(chǎn)品生產(chǎn)廠的利潤(rùn)越來(lái)越難以支持這種測(cè)試方法帶來(lái)的生產(chǎn)成本。