软件无线电在手机和测量仪器中的应用及示例

软件定义的无线电技术是20世纪90年代初由美国人Joe Mitola首先提出的[1]。他提出软件定义的无线电(简称软件无线电)就是由软件进行信道调制解调的无线电。这样的数字通信系统的少数射频参数由硬件射频前端决定，实际的通信协议主要由软件定义。也就是说系统可以根据实际信道条件和用户需求选择适当的编码和调制方式，实现自适应通信的能力。这个软件定义无线电的理论为军事通信带来了接近无限的灵活性，所以醍醐灌顶的通信系统设计师们一开始就得到了高强度的研发资金投入。随着20世纪末高性能中频器件逐步商品化，主要是高速AD、DA和中频处理器件的商品化，无线通信终端产品设计者和测试测量仪器设计者逐步沐浴到了软件无线电的甘霖。由此催生成熟了软件定义的射频仪器和软件定义的无线通信产品。

软件无线电在手机和测量仪器中的应用

在无线通信领域，手机和他们的检测设备不约而同地采用了软件定义无线电的技术。图1和图2分别是典型的检测系统和手机的原理框图。软件无线电给测试测量仪器和被测量的无线通信设备都带来了灵活性。对仪器而言，通过调用不同的软件就可以检测不同通信协议的被测件。对通信设备而言，通过下载不同的软件就可以用不同的通信协议通信。其中软件可以有不同的承载平台。软件可以安装在计算机硬盘或者闪盘上，可以下载到DSP或者FPGA上。对于手机，大多以后者形式运行。对于仪器，大多采用微软-英特计算机平台。

图 1软件无线电检测典型系统原理框图

图 2手机电子典型结构原理框图

在仪器方面，又分为封闭结构和开放结构两种流派。封闭结构仪器提供一定数量协议的完整的无线测试测量功能。用户通过调用程控指令，如GPIB指令，就可以完成对被测件的各项测试。仪器内部构架对使用者不公开。协议扩展或测试功能扩展完全依赖仪器供应商。这个流派以安捷伦(Agilent)和罗德施瓦茨(Rhode and Schwarz)为代表，仪器有著名的8960和CMU200。这类使传统的仪器，在仪器供应商内部，它们是软件定义的，对使用者，它们是预定义的。开放结构仪器建立在公开的标准总线结构上，各个仪器模块(也称模块化仪器)由公开的计算机函数控制。仪器供应商、第三方软件开发商或者用户自己开发的软件通过调用这些函数组合配合数字信号处理和测试测量算法软件，实现对被测件的各项测试。协议和测试功能的扩展可以由任何具备能力的人开发。这个流派以美国国家仪器(National Instruments)为代表，PXI仪器平台就是它倡导的。

目前，开放式结构的总线基本只有PXI和VXI可选。由于这两种总线不能够支持许多无线通信协议要求的纳秒级精度的应答同步，又因为开发信令协议栈的技术难度，在开放式系统上只见到WiFi、蓝牙、RFID等少数协议的信令测试系统，至今没有看到GSM、CDMA等常见协议的模拟通话测试系统。对这点，可以通过增强仪器中频实时处理能力来提供条件，也可以索性取消信令测试来解决问题。前者源自测试测量供应商，后者源自生产厂。而今年来行业发展的趋势，导致信令测试的减少或者取消成为生产测试的基本要求。

从通话测试到参数测试

模拟通话的功能测试

首先回顾一下传统的手机无线检测。传统上我们使用一台具有基站信令协议栈的射频检测仪器。这台仪器和被测设备通过无线协议的空中接口建立模拟通话，在模拟通话的同时检测手机的性能。通常我们称这种仪器为综测仪。这里的空中接口是通信协议中基站无线收发机和终端(如手机)无线收发机之间的一个界面，实际使用的时候是通过空气，但检测的时候也可以通过电缆联接。这种使用综测仪模拟通话的检测方法利用标准规定的协议指令，使得射频检测和产品内部设计无关，可以适应特定协议下任何厂商设计和制造的移动终端。模拟通话的检测方法垄断了无线测试行业，直到最近几年，无线终端产品生产厂的利润越来越难以支持这种测试方法带来的生产成本。