美國馬薩諸塞州諾伍德的ADI公司正在開發(fā)無線本地環(huán)路技術(shù)

美國馬薩諸塞州諾伍德的ADI公司正在開發(fā)無線本地環(huán)路(WLL)技術(shù)，該技術(shù)將取代辦公室中的有線PBX電話。該系統(tǒng)將包括您辦公樓或制造工廠中的蜂窩基站，以及能夠接收和廣播對話的天線。“從本質(zhì)上講，”通信工程師兼營銷經(jīng)理魯珀特·貝恩斯說：“你可以帶著你的辦公室電話去見你，或者到自助餐廳或者大樓里的其他任何地方。”

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該技術(shù)基于DECT(數(shù)字歐洲無繩電話)標準，已被海外約100,000名用戶使用，但尚未在美國使用

松下公司還開發(fā)了將辦公室電話轉(zhuǎn)為手機的技術(shù)，反之亦然。其BusinessLink個人通信系統(tǒng)包括一個支持PBX系統(tǒng)的交換機。“我們將電路重新引導至我們的開關(guān)并將其與無線手機相關(guān)聯(lián)，”工程師John Avery說。結(jié)果：您可以將辦公室電話帶出大樓，然后轉(zhuǎn)換為手機?；氐酱髽?，它又恢復到普通的辦公室電話。

這些只是無線通信領(lǐng)域的眾多突破中的兩個，它們催生了“虛擬”辦公時代 - 使您的汽車和家庭成為傳統(tǒng)四壁和地毯辦公室開展業(yè)務的有效場所。

下一代無線產(chǎn)品提供更快的處理速度，更高質(zhì)量的圖像和聲音，一系列新功能，重量和成本節(jié)省，將遠遠超出當今系統(tǒng)的功能。波士頓Yankee Group的無線通信專家Samuel May預測說：“我們幾乎沒有觸及表面。”“大運動涉及使用創(chuàng)新工程設計系統(tǒng)，有朝一日可能會制定今天的標準 - CDA，TDMS或AMPS - 對用戶透明。您可以在任何地方使用無線技術(shù)，

創(chuàng)新背后的產(chǎn)品將為下一代無線個人通信系統(tǒng)(PCS)鋪平道路。讓我們仔細看看能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標的一些工程技術(shù)。

無線電功能在軟件中。一組通信工程師正在押注一個新的無線電服務分支，它不依賴于硬連線。它被稱為軟件無線電，它基于多頻段天線，射頻(RF)轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號處理器(DSP)以及中頻(IF)的使用。針對蜂窩網(wǎng)絡，軟件無線電架構(gòu)提供了優(yōu)于有線無線電的若干優(yōu)點。

例如，許多用戶可以共享一個無線電信道，并且對于多信道用戶來說，可以節(jié)省大量成本。可編程性還為不同標準之間的更大靈活性留出了空間，并為設計人員提供了優(yōu)化無線網(wǎng)絡的不同方法。

“我們預計軟件無線電架構(gòu)將引領(lǐng)設計人員進入下一代無線通信所需的更高復雜度，例如PCS，”弗吉尼亞州McLean的Mitre公司的咨詢科學家Joe Mitola說。“它將被設計到基站中，用于集成實現(xiàn)多媒體所需的模式。”使用語音，傳真，數(shù)據(jù)或多媒體，移動軟件 - 無線電終端將直接與用戶接口，而基站將與公共交換電話網(wǎng)絡接口。

盡管它的名字，軟件無線電實際上使用了很多硬件。用于典型系統(tǒng)的構(gòu)建塊包括：電源，天線，多頻帶RF轉(zhuǎn)換器，具有板載A / D / A /轉(zhuǎn)換器的芯片，通用處理器，以及用于執(zhí)行無線電功能的存儲器。那么，為什么稱它為“軟件”無線電?“一切都是可編程的，”ADI公司的Baines解釋道。“這包括RF頻段，信道接入模式，以及信道調(diào)制和解調(diào)方案。關(guān)鍵是使用可編程組件，如高速DSP和ADC。”

Analog Device的評估系統(tǒng)由印刷電路板組成，已啟動并運行。它的尺寸為8.5 x 11.5英寸，包含一個接收器轉(zhuǎn)換器，一個數(shù)字下變頻器，以及現(xiàn)成的A / D和DSP評估板。減少大量硬連線也意味著A / D / A轉(zhuǎn)換器可以放置得更靠近天線，從而大大減少了干擾問題的可能性。

“以前用于穩(wěn)定，放大和過濾信號的幾個過程階段被消除了，”Baines補充道。“通過切斷天線和A / D / A轉(zhuǎn)換器之間的所有硬連線，你獲得了更大的靈活性，轉(zhuǎn)換器越接近無線電，你的噪音和失真問題就越少“。

軟件無線電原型的關(guān)鍵組件是Analog Device的新型12位ADC AD9042。采樣率為41 Msps，速度比目前市場上的芯片快60%。它還需要三分之一的能量，單個+ 5V電源需要575 mW。“該芯片專為寬帶信號的直接中頻采樣和過采樣而設計，”Baines解釋道。“這使其成為滿足軟件無線電嚴苛要求的絕佳選擇，例如可以理解多種標準的下一代無線基站(AMPS，

該轉(zhuǎn)換器采用具有六位和七位轉(zhuǎn)換器的兩級架構(gòu)。它基于級聯(lián)放大器設計，無需任何激光微調(diào)或校準即可實現(xiàn)12位精度。最近成功的測試包括一個包含多達48種不同音調(diào)的寬帶信號。

跨越障礙。盡管有其優(yōu)勢，但仍存在許多挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)阻礙了商業(yè)化軟件無線電的發(fā)展。“這種架構(gòu)所需的ADC和DSP內(nèi)核消耗大量功率，”Mitre的Mitola警告說。“設計工程師必須考慮采用更具創(chuàng)新性的方法來保持這些芯片的冷卻。此外，這些系統(tǒng)需要比硬連線系統(tǒng)多十倍的ASIC處理能力。”其他設計障礙：設計所需的寬帶低損耗天線，以及混合和匹配軟件工具帶來的復雜性。

即使考慮到這樣的設計限制，人們一致認為這項技術(shù)在未來的無線鏈路中可能至關(guān)重要。雖然它目前圍繞著基站，但一些專家認為軟件無線電最終將進入手持設備，低成本是一個非常誘人的目標。弗吉尼亞州維也納工程研究協(xié)會負責軟件無線電工程的主管約瑟夫肯尼迪預測說：“我確實希望能看到適合您手掌的小巧便宜的軟件無線電。”“你可以在那里連接任何空氣標準。”

智能天線。軟件無線電技術(shù)的第一個應用在市場上以800MHz商用移動蜂窩無線電頻帶的“智能”天線的形式出現(xiàn)?？夏岬虾退贓ngineering Research Associates的同事將推出一種基于自適應天線的高精度信號定位系統(tǒng)。“這種類型的天線技術(shù)根本無法在硬連線無線電中實現(xiàn)，”CAPITAL項目負責人肯尼迪說。

基本上，系統(tǒng)通過監(jiān)控來自汽車的手機信號來跟蹤和分析交通流量。由于蜂窩電話是受歡迎的消費產(chǎn)品，因此它們的信號代表了交通流量的相當好的指示。“考慮到技術(shù)選擇，我們認為設計一個面向移動手機的信號定位系統(tǒng)更具成本效益，而不是安裝路邊交通監(jiān)控系統(tǒng)，”Kennedy解釋說。

CAPITAL項目涉及一個大型機軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)位于華盛頓特區(qū)的多個地點。通過比較其到達不同位置的時間來精確定位給定的手機信號。該系統(tǒng)還使用全球定位系統(tǒng)(GPS)數(shù)據(jù)，以及通過將無線電實現(xiàn)為軟件算法而實現(xiàn)的高級信號處理功能。

軟件無線電中的天線功能保持活動狀態(tài)，掃描頻帶并分析復雜信號的性質(zhì)和功率，而不是簡單地接收信號。通過在其他角度產(chǎn)生“空”功能來增強信號的接收和辨別，這消除了噪聲。

這些復雜的信號處理功能必須從大量的無線電信號流中挑選出特定的手機。結(jié)合所有信號處理定位方法，CAPITAL可以將單個手機信號精確定位到10米以內(nèi)。在該決議中，可以解決單個車輛及其運動并統(tǒng)計分析交通流量。

該設計針對手機基站，以增加可用頻道的數(shù)量。為了實現(xiàn)這一目標，Kennedy指出了智能天線與傳統(tǒng)相位天線陣列之間的主要區(qū)別。“常規(guī)天線使用轉(zhuǎn)向梁或零，設計師主要對增加功率感興趣，”他指出。

肯尼迪和他的項目團隊不是專注于權(quán)力，而是專注于最大化載波干擾(C / I)比率。“這是相鄰電池的干擾，會損害當今手機的性能，”他解釋道。“如果你增加C / I，你將在一個地理區(qū)域擁有更多的頻道。我們還包括多路徑轉(zhuǎn)換，它在細胞進化中起著重要作用。”

目前正在進行實地測試，包括警察和護理人員服務，以找到遇險人員。任何遇到困難的人都可以在撥打緊急電話后立即打開電話;天線將通知緊急車輛確切的位置。

隨著無線網(wǎng)絡的復雜性，出現(xiàn)了一系列問題，這些問題源于跟上爆炸式市場所需的新標準和協(xié)議。即使對于專業(yè)網(wǎng)絡設計人員來說，了解特定網(wǎng)絡的性能和行為，然后構(gòu)建基礎架構(gòu)以使項目啟動和運行，也會非常耗時。

設計網(wǎng)絡。“僅僅為基礎設施編寫Fortran代碼需要幾個月的時間，”華盛頓特區(qū)Mil 3，Inc。的聯(lián)合創(chuàng)始人Marc Cohen說。他的公司為設計人員提供了一個復雜的網(wǎng)絡工具集，用于模擬和分析有線和無線通信系統(tǒng)的性能。

Mil 3的產(chǎn)品OPNET基于三級層次結(jié)構(gòu)，可以更輕松地分析和模擬復雜網(wǎng)絡。這是由科恩的兄弟阿蘭和麻省理工學院的一名同學所產(chǎn)生的論文項目產(chǎn)生的。“畢業(yè)后，我們決定將其商業(yè)化，”科恩說。結(jié)果：一個具有300多種功能的軟件模擬器?？蛻裘麊伟?00多家公司，范圍從小型辦公設備設計到快速分組交換衛(wèi)星。

“每個環(huán)境都有自己的一系列問題，”科恩說。“即使在小型辦公室，你也要面對大量的信號干擾和復雜的傳播問題。如果你在城市，高密度建筑會產(chǎn)生額外的多徑和反射問題。”

OPNET在X Windows上運行，并受SUN，DEC，IBM和Silicon Graphics工作站的支持，為用戶提供了將詳細的網(wǎng)絡分析與射頻技術(shù)相結(jié)合的圖標和菜單。“在過去，這些問題已被單獨處理，”科恩說。“通過將它們組合在同一個軟件包中，您可以更加強大地分析網(wǎng)絡性能。”

最高層級網(wǎng)絡編輯器以圖形方式捕獲網(wǎng)絡的物理拓撲。“你可以創(chuàng)建代表網(wǎng)絡中不同通信站點的節(jié)點，”科恩解釋說。“每個節(jié)點都適合定義其屬性的類，例如交換機的處理速度，工作站的流量生成速率或網(wǎng)關(guān)的緩沖容量。”

節(jié)點使用多種通信鏈路進行通信。對于無線建模，該公司提供OPNET建模器/無線電鏈路。它包括由NASA開發(fā)的一種功能，用于計算由六元星歷數(shù)據(jù)集指定的衛(wèi)星軌道。它還考慮了太陽和月球重力，大氣阻力和太陽輻射壓力的影響。

在第二級，節(jié)點編輯器以圖形方式捕獲節(jié)點體系結(jié)構(gòu)，作為表示硬件和軟件子系統(tǒng)的模塊之間的數(shù)據(jù)流圖。這些模塊分為兩類。對于專用功能，在菜單上配置流量生成器，發(fā)送器和接收器。在用戶可編程行為模塊中，隊列和處理器執(zhí)行的功能是用戶指定的。

第三層由流程編輯器組成。它基于狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，用于支持不同的協(xié)議，應用程序，算法或排隊策略。狀態(tài)和轉(zhuǎn)換以圖形方式定義了響應事件的過程的進展。對于每個狀態(tài)，存在大約300個函數(shù)的庫，用于實現(xiàn)應用程序的通用邏輯。模擬結(jié)果可以繪制為時間序列，散點圖，直方圖或概率函數(shù)。

蓬勃發(fā)展的應用。需要詳細網(wǎng)絡分析的應用程序和客戶的爆炸甚至讓Cohen感到震驚。“我們對工程師為該工具找到的各種用途感到驚訝，”他補充道。

網(wǎng)絡仿真是COMSAT實驗室(麥克萊恩，弗吉尼亞州)工程師的關(guān)鍵工程工具，該實驗室是未來通信衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的先驅(qū)。“隨著視頻會議等點對多點服務的迅速出現(xiàn)，對板載快速分組交換機的需求不斷增長，”COMSAT的研究工程師DJ Shyy說。“可編程性使我們能夠開發(fā)出準確的多播快速分組交換機模型。”在不同的流量模式和負載情況下檢查交換機。

Hughes Aircraft Co.還使用該系統(tǒng)開發(fā)用于多媒體戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡的智能通信控制器?？刂破髟谕ㄓ每刂聘拍钕录筛鞣N衛(wèi)星和HF通信系統(tǒng)，以提供靈活的網(wǎng)絡服務。OPNET不僅可以模擬各種無線電和網(wǎng)絡特性，還可以作為為Hughes客戶構(gòu)建高級協(xié)議的開發(fā)工具。

與此同時，位于弗吉尼亞州亞歷山大市的Adroit Systems公司的工程師使用OPNET對連接的空地網(wǎng)絡進行建模。這些網(wǎng)絡涉及不同的異構(gòu)系統(tǒng)，范圍從局域網(wǎng)(LANS)和廣域網(wǎng)(WANS)到高速TDM RF鏈路。

一切都在籌碼中。為了在如此競爭激烈的市場中競爭，電子公司必須在芯片上加載更多的馬力和內(nèi)存。“設計無線市場是不同的球類游戲，”達拉斯德州儀器公司DSP營銷經(jīng)理Thomas Brooks說。“針對無線通信進行了優(yōu)化的DSP內(nèi)核帶來了最終產(chǎn)品優(yōu)勢，例如OEM的每個功能具有更高的性能和更低的功耗。”

同樣重要的是，對數(shù)字技術(shù)的推動仍然很強勁。“你可以獲得更多的每個頻道的呼叫，更多的功能，以及在數(shù)字環(huán)境中更好地控制的隱私和安全功能，”Brooks補充道。“此外，憑借高達50 MIPS的性能，OEM能夠?qū)P聲器電話，噪音消除，語音撥號和短消息等增值功能融入其中。”

德州儀器目前擁有設計芯片，具有更大的存儲器，核心架構(gòu)和智能外設。“更大的片上存儲器意味著能夠適應新的行業(yè)標準，并且每個系統(tǒng)使用更少的組件，”Brooks說。TI的設計人員還在DSP，模擬組件和揚聲器/麥克風之間使用薄型封裝，無縫接口，以更低的成本設計更小，更輕的設備。

摩托羅拉還將推出更多無線專用DSP。最新產(chǎn)品線包括DSP56300。它在3.3V時的速度為66/80 MIPS。“我們正在為這樣的組件設計未來，”摩托羅拉半導體產(chǎn)品公司副總裁兼技術(shù)總監(jiān)Mark Reinhard表示。“遷移路徑將在兩年內(nèi)達到100 MIPS和1.8V。”

雖然數(shù)字技術(shù)具有靈活性和可編程性優(yōu)勢，將作為關(guān)鍵處理技術(shù)的統(tǒng)治，但混合模式處理的需求使許多公司在市場上保持模擬。TI的混合信號部門經(jīng)理拉塞爾麥克唐納說：“我們預計模擬將至少再存在20年。”目前正在開發(fā)的是新型節(jié)能芯片，高級射頻電路電話接口電路或ARTIC-136。它將于1996年初上市。計劃在今年晚些時候推出GMS基帶接口電路。

ADI公司還希望通過其AD7015吸引混合模式市場。該公司聲稱該設備是全球系統(tǒng)移動通信(GSM)手機的第一個完整的3V編解碼器。它集成了所有混合信號組件：語音頻帶編解碼器，將麥克風和耳機連接到DSP，以及基帶編解碼器，將DSP連接到無線電，濾波器，放大器和輔助轉(zhuǎn)換器。以前的設計需要幾個器件和5V電源。

在創(chuàng)新工程的支持下，這些發(fā)展將在為下一代無線技術(shù)構(gòu)建基礎設施和動態(tài)方面發(fā)揮重要作用。結(jié)果將推動無線進入下個世紀。