加速通信標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)

1、    加速通信標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)    加速通信標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)    類別：通信網(wǎng)絡(luò)                      &nbsp開發(fā)通信標(biāo)準(zhǔn)是一件日趨復(fù)雜的工作。由于成本、復(fù)雜性和專業(yè)知識要求等因素的影響，現(xiàn)在的通信標(biāo)準(zhǔn)多數(shù)是依靠某些聯(lián)盟或協(xié)會來進(jìn)行開發(fā)，而這種

2、方式容易帶來一些問題。    &nbsp在一些因素的驅(qū)動下，從1980年開始人們就嘗試使用聯(lián)盟的方法來開發(fā)新的通信標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)復(fù)雜度是其中一個關(guān)鍵的因素，存在于系統(tǒng)級和算法級開發(fā)階段。每一個新標(biāo)準(zhǔn)帶來的技術(shù)復(fù)雜度都呈現(xiàn)出數(shù)量級遞增的趨勢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比舊標(biāo)準(zhǔn)要復(fù)雜的多。導(dǎo)致的結(jié)果是開發(fā)成本也在大幅度地增加，多數(shù)情況下都超出了一個公司能夠承受的限度。不斷增長的規(guī)模和復(fù)雜程度也意味著需要越來越多的公司提供高水平的專業(yè)技術(shù)支持。由于目前多數(shù)通信標(biāo)準(zhǔn)瞄準(zhǔn)的是國際市場，那么就會有很多來自不同國家的公司同時進(jìn)行這些標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)調(diào)整和市場開發(fā)工作。   

3、0;&nbsp從本質(zhì)上說，通信標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)需要一個很快捷的方式來完成。當(dāng)聯(lián)盟對標(biāo)準(zhǔn)每做一次改動時，相應(yīng)的實現(xiàn)模型就必須迅速進(jìn)行更新，然后再重新運行。聯(lián)盟成員越多，就意味著改動也會越多。傳統(tǒng)的開發(fā)方式是利用C語言來構(gòu)建模型，這種方式不適用于快速和反復(fù)性較強的開發(fā)過程?；谀Ｐ偷拈_發(fā)流程提供了一個新的通信標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)流程，用戶在層次化、模塊化的環(huán)境中構(gòu)建自己的系統(tǒng)模型，便于更新和調(diào)試，大大減少了開發(fā)時間。    &nbsp傳統(tǒng)方法的缺陷    &nbsp在傳統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)方法中，各種參數(shù)指標(biāo)定義在文本中，開發(fā)人員根據(jù)這

4、些文本來手工編寫C代碼，循環(huán)驗證各種參數(shù)指標(biāo)、評估系統(tǒng)的性能。通常情況下，為了測試部分系統(tǒng)的性能指標(biāo)，開發(fā)人員需要對整個系統(tǒng)進(jìn)行建模，包括移動單元、基站、信道等；然后，對不同的算法和子系統(tǒng)進(jìn)行比較和測試，尋找出最優(yōu)的實現(xiàn)方法。聯(lián)盟中所有的成員共享相同的指標(biāo)定義文本，但是卻使用不同的系統(tǒng)模型來驗證通信標(biāo)準(zhǔn)。    &nbsp對于通信系統(tǒng)仿真工作來說，C語言開發(fā)環(huán)境是一個“低產(chǎn)出”的仿真環(huán)境。它缺少內(nèi)部機制來實現(xiàn)和連接并行處理算法，這個缺陷導(dǎo)致無法仿真基于幀的多速率系統(tǒng)；進(jìn)行C語言編程時，開發(fā)人員必須要掌握一些底層級（Low-level）的開發(fā)技巧，比如指針和

5、分號的操作，而不是使用高級（High-level）的編程方法；另外，C語言環(huán)境不提供面向信號處理的專業(yè)算法庫，比如濾波器、信道模型、信道編碼、源編碼等；最后，在一個C語言算法中，不能同時實現(xiàn)時域和頻域RF行為級仿真的功能。    &nbsp通信標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)過程的協(xié)作性較強，使得C語言開發(fā)的缺陷更加突出。通常情況下，標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟中的一個團體邀請其他成員遞交一些技術(shù)上的新成果，以促進(jìn)新標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生。當(dāng)公司X遞交了自己的新成果之后，公司Y就會檢查和確認(rèn)這個結(jié)果。聯(lián)盟中所有成員投票以決定新標(biāo)準(zhǔn)是否能夠生成。決議通過之后，其它公司便開始紛紛對這些新技術(shù)進(jìn)行研究并更新和修改已有

6、的算法模型。整個標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)過程被分配到了不同的開發(fā)團隊中，以確保一個相對持續(xù)的變化狀態(tài)。這樣的開發(fā)過程如果用C語言來進(jìn)行實現(xiàn)，將會是一件困難和耗時的事情。    &nbsp轉(zhuǎn)向基于模型的設(shè)計流程             &nbsp今天，越來越多的系統(tǒng)設(shè)計人員開始利用基于模型的設(shè)計流程來快速開發(fā)新的通信標(biāo)準(zhǔn)算法。    &nbsp基于模型的設(shè)計流程使用的是框圖化開發(fā)環(huán)境，開發(fā)人員利用這個環(huán)境中提供的模塊來

7、構(gòu)建自己的算法和子系統(tǒng)，并最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)的可執(zhí)行模型?；谀Ｐ偷脑O(shè)計流程，其成功的關(guān)鍵在于為用戶提供了預(yù)開發(fā)的通信算法模塊庫，包括卷積器、交織器、調(diào)制器，擴頻器、擾頻器以及用于可視化分析的BER圖、星座圖、眼圖等模塊，開發(fā)人員可以方便把這些算法模塊拖放到自己的模型中，通過連接來快速地構(gòu)建自己的系統(tǒng)模型。    &nbsp然而，并不是所有的通信算法在模塊庫中都有對應(yīng)的預(yù)開發(fā)模塊，這時，用戶可以用C語言或是其它語言來開發(fā)自己的新模塊，通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口方式加入到已有的模塊庫中，實現(xiàn)與其他開發(fā)人員的共享。    &nbsp每

8、一個算法模塊都帶有若干參數(shù)，用戶可以通過模塊的圖形界面來修改這些參數(shù)。比如一個多途信道模塊，用戶可以在多個信道模型算法中進(jìn)行挑選。    &nbsp框圖化開發(fā)環(huán)境帶來的另一個好處就是提供了內(nèi)嵌的調(diào)度程序和求解器（solver）。這個好處方便用戶實現(xiàn)包含有多速率處理方式（比如UMTS）的通信標(biāo)準(zhǔn)，或是實現(xiàn)模擬系統(tǒng)的仿真。如果用C語言來實現(xiàn)這些求解器，或者開發(fā)一個C語言的多速率模型，將會耗費大量的開發(fā)資源，是一件難度很大的事情。    &nbsp基于模型的設(shè)計流程的優(yōu)勢    &nbs

9、p利用基于模型的設(shè)計流程來開發(fā)通信標(biāo)準(zhǔn)，具有幾個主要的優(yōu)勢。其中最大的優(yōu)勢就是對模型的修改和更新非?？焖俸秃唵危菴語言要方便的多。通過修改模塊的參數(shù)，可以快速地改變模塊的仿真行為；通過增加和刪除模塊，可以快速地改變整個模型的體系結(jié)構(gòu)，而不需要重新對模型進(jìn)行編譯。利用可視化模塊可以觀察仿真結(jié)果，比如在模型中加入編碼器之后，通過一個BER模塊來觀察最終的編碼效果。這種方式使得用戶可以快速地設(shè)計和評估不同的算法，而C語言的開發(fā)方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這樣的靈活性。    &nbsp在基于模型的設(shè)計環(huán)境中，用戶可以使用C語言來開發(fā)新的模塊，然后使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口對模塊進(jìn)行

10、封裝， 以供其他用戶共享；而在純粹的C語言開發(fā)環(huán)境中，因為缺乏統(tǒng)一的接口，如果要加入其它類型的代碼將是一件非常困難的事情。        &nbsp基于模型的設(shè)計流程在使用時域設(shè)計工具的系統(tǒng)工程師和使用頻域設(shè)計工具的RF工程師之間建立了一座橋梁。它提供了一個平臺，使得系統(tǒng)工程師在驗證和測試過程中可以接受或者生成RF工程師使用的頻域數(shù)據(jù)。于是，同一個模型既可以用于參數(shù)指標(biāo)的選取，也可以用于測試與驗證?；谀Ｐ偷脑O(shè)計工具    &nbsp有很多框圖化的工具可以實現(xiàn)基于模型的設(shè)計流程，

11、這些工具的關(guān)鍵之處在于提供了一個可以對設(shè)計模型進(jìn)行仿真或執(zhí)行的開發(fā)環(huán)境。簡單地說，就是設(shè)計過程必須是可執(zhí)行的。這些工具還必須提供一些組件庫，用于快速、方便地構(gòu)建系統(tǒng)。沒有這些庫，基于模型的開發(fā)方法的優(yōu)勢就無法體現(xiàn)出來。最后一點，就是這些工具提供的必須是可視化的設(shè)計環(huán)境。    &nbsp目前，Simulink®是比較領(lǐng)先的基于模型的設(shè)計工具之一。在通信領(lǐng)域中，Simulink®和其它類似工具已經(jīng)被越來越多的開發(fā)人員作為主要的系統(tǒng)仿真工具。在未來的幾年內(nèi)，也必將受到從事通信標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)的設(shè)計團隊的關(guān)注。    &

12、amp;nbsp4G標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)    &nbsp下面一個關(guān)于4G蜂窩系統(tǒng)物理層定義的開發(fā)實例就很好地說明了Simulink正在被應(yīng)用于下一代通信標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的工作中。    &nbsp位于倫敦的韓國三星電子研究所的高級技術(shù)組（ATG）正在開發(fā)一個多載波碼分多址MC-CDMA系統(tǒng)模型。MC-CDMA技術(shù)是目前發(fā)展前景較好的4G蜂窩技術(shù)，與另一個主要的4G核心技術(shù)OFDM不同的是，MC-CDMA將可利用頻帶劃分成若干個子頻帶并且共享這些子頻帶，從而最有效地利用頻帶資源。使用頻帶進(jìn)行傳輸之前，首先查看一下有哪些頻帶沒有被占用，然

13、后快速地占用這些頻帶。理想情況下，這些子頻帶之間是互相正交的，或者互相獨立的。頻帶共享面臨的一個主要難題是正交性降低而引起的多址干擾MAI，正交性的降低是多途傳播效應(yīng)導(dǎo)致的，比如建筑物或車輛的反射。    &nbsp評估擴頻和編碼方案    &nbspSERI的任務(wù)是評估多種擴頻和編碼方案，以提高M(jìn)C-CDMA系統(tǒng)的魯棒性，消除多種條件下MAI的影響，包括廣域蜂窩、短距離蜂窩、饋線鏈路、短距離端到端系統(tǒng)。Thierry Lestable博士是SERI的高級開發(fā)人員，也是一個設(shè)計團隊的主要負(fù)責(zé)人。他的團隊將已有的、基于C

14、語言開發(fā)的發(fā)射鏈路算法移植到了Simulink中。“在第一次使用Simulink的一周時間里，我們完成了整個發(fā)射鏈路的仿真工作。在隨后的三周時間里，我們又完成了多載波發(fā)射鏈路的仿真，包括MC-CDMA 和 COFDM” Lestable博士說。    &nbsp現(xiàn)在SERI在使用Simulink改進(jìn)已有算法以及開發(fā)新算法，包括對4G通信系統(tǒng)的設(shè)計與研究。他們將C、C+代碼集成到Simulink環(huán)境中，包括合作開發(fā)伙伴的算法以及SERI已有的優(yōu)化算法?！癆TG所有的開發(fā)人員都在使用MATLAB® 和Simulink，這樣便于我們共享工作成果，” L

15、estable博士說：“Simulink幫助我們與三星其它工作部門進(jìn)行接口，并且可以很方便地把EU項目中其他合作伙伴的工作成果集成在我們的Simulink模型中?！盨ERI同樣利用Simulink進(jìn)行統(tǒng)計分析和圖形顯示，對整個系統(tǒng)的仿真行為和試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析。他們使用腳本文件來生成一系列BER曲線，從而全面地了解參數(shù)對算法的影響，量化分析競爭技術(shù)的優(yōu)點?，F(xiàn)在，SERI的開發(fā)人員正在研究新的干擾消除算法，使用到了一些編碼算法和低密度奇偶校驗編碼（LDPC）技術(shù)。從單用戶檢測SUD和多用戶檢測MUD環(huán)境中獲取干擾信息之后，開發(fā)人員使用高級信道編碼技術(shù)來實現(xiàn)干擾消除循環(huán)。  

16、0; &nbspSERI的研究人員分別對SUD定位MAI和MUD定位MAI的方法進(jìn)行了評估，同時考慮了多種誤差編碼方法以及不同誤差編碼速率產(chǎn)生的影響。他們充分利用了開發(fā)環(huán)境提供的那些誤差編碼算法模塊，并通過修改模塊的參數(shù)來獲取不同的誤差編碼速率。對于評估的每一個算法，最終都能夠繪制出性能結(jié)果曲線圖，并計算出不同信噪比（Eb/N0）以及不同信道用戶數(shù)目對應(yīng)的BER值。    &nbsp仿真結(jié)果已經(jīng)充分驗證了擴頻和編碼技術(shù)的聯(lián)合使用可以提高M(jìn)C-CDMA消除MAI的魯棒性，并改善系統(tǒng)的負(fù)載量。SERI的研究人員已經(jīng)確認(rèn)MC-CDMA是實現(xiàn)4G物理層接口的非常好的候選方法，盡管它的蜂窩性能有待進(jìn)一步評估。    &nbspSERI發(fā)現(xiàn)了使用Simulink進(jìn)行4G無線通信研究而獲取的重大收益，Lestable博士說“使用Simulink，我們提前完成了開發(fā)過程中的所有任務(wù)，在整個MC-CDMA研發(fā)工作