软件定义无线电(SDR)代表了无线通信的未来,借着一波创新的浪潮,它有可能最终兑现这个诺言。不过,尽管软件方面的突破点燃了对SDR的新希望,但硬件端仍然是一个难题。
SDR面临三大传统障碍:一个低成本、低功率、频率机动的前端；能够在任何平台上实现的可移植软件；以及用于执行处理的低功耗处理器。尽管最后一项要求仍没有眉目,但软件的移植问题正在得到解决。Virginia Tech大学的研究人员透露,他们已经开发出一种软件框架,将成为未来所有军用无线电的基础,而且可以补上商用SDR目前所缺少的一环。
该软件框架称为软件通信架构(SCA)。之所以打造这个框架是因为美国政府需要一个公共的SDR定义,以允许任何公司在任何无线电上编写任何波形。“这可以使美国政府摆脱昂贵且复杂的专有SDR实现方案,并向所有公司敞开采购和竞标的大门,”德州仪器公司无线基础设施部的首席技术官Alan Gatherer指出。
缺少这样一个框架已经成为进入一般性软件无线电研究,特别是参与联合战术无线电系统(JTRS)项目的最大障碍,Virginia Tech大学工程系教授Jeff Reed表示。他所在的移动和便携无线电研究组发布了SCA。Reed指出,这个架构的关键在于:它是免费的,易于使用,而且是采用大部分无线开发者所熟悉的C++语言编写的。“基本上,SCA是从各个组件装配SDR的中间件胶合逻辑,而且它是全美国2GHz以下军用无线电所需的框架,最终将被用于所有无线电,”Reed说,“我们现在把它作为一种教育工具来发布。”
军方是推动SDR发展的重要力量,它已经规定为JTRS开发的任何无线电必须在SCA环境中实现。为了开发军方所需的SDR功能,美国国防部已经为JTRS拨款250多亿美元。此外,Virginia Tech大学正在努力使SCA成为无线电开发的全球框架。
“总有一天,商业无线电也将采用这种方式来设计。”Reed说,“而且我们需要开始教通信工程师如何去做这种设计。”此外,该大学已经展开工作使该技术超越2GHz。
作为一个概念,SCA并不新鲜。新颖之处在于这个开放源代码版本从SCA提取出它的基本元素,然后将这种架构移植到C++,从而使任何工程师都能迅速上手,并将之用于开发目的。Reed相信商业机构不久将开始采用SCA或类似的东西。而且,他并不孤独。“我的所有客户都想得到一个中间层、一个框架,以便提取硬件。其本质就是SDR,”TI公司的Gatherer表示。但考虑到现在有许多专有的实现方案,这是不可能的。“如果我们能使所有大通信公司都同意采用SCA 3.5或4.0,那么它将成为你组建一个中间件框架的事实标准,”他说。
SCA的开放源代码版本称为Ossie,其含义是开放源代码SCA嵌入式实现。Reed表示,它的根本设计原则是简洁。其理念是为入门级研究生建立一个框架,以便他们熟悉相关的技术规范,进而能迅速开展有意义的研究。最初的2.2版本利用了ACE/TAO(Corba的一种开放源代码版本)、Xerces XML(一种开放源代码XML剖析器)和Windows 2000/XP。Ossie可以从下载。
硬件挑战
尽管目标是迅速把SCA推向商业市场,但当前的迭代法太耗处理能力,TI的Gatherer说。不过,Reed表示,他们正计划完全去除公共对象请求代理架构,因为Corba是处理开销的主要源头。“Corba还限制了你完成I/O的能力,因为它是非常以微处理器为中心的。”Reed说,“新发布的3.0版Ossie将包含这些修改。”
在硬件方面,事情远没有这么顺利。过去三年,业界已经遭遇重复性的打击,因为在可编程性与性能之间的折衷上,可重配置架构无法满足人们的期望。尽管代码移植性通过SCA等努力取得了进展,但底层的处理硬件面临不断变化、迅速增多以及更高速率的无线接口。特别地,3GPP规范的第5版,即高速下行链路分组接入(HSDPA),是极其繁重的任务,其理论上的总数据率高达14Mbps。
运营商现在要求在2005到2006年之间完全实现HSDPA,Freescale半导体公司3G芯片组架构师Ron Craig说。再加上WiMax的兴起以及需要支持融合的Wi-Fi/蜂窝网络、数字电视接收(DVB-H)和其它标准,不论是可重配置的还是传统的许多架构都不足以胜任SDR的工作。
“所有这些新标准都更难以实现,”picoChip设计公司行销副总裁Rupert Baines说,“3G蜂窝标准直到第4版都是困难的,但HSDPA和MUD(多用户检测)更打破了许多架构。”PicoChip是众多推动可重配置处理器的新兴公司之一,尽管它声称赢得了室内应用的设计中标,并正在迈向成功,但其它公司的命运还悬而未决,毕竟可重配置领域充斥着失败。
最近,凭借自适应计算机器(ACM)技术充当可重配置处理器先锋的Quicksilver技术公司遭遇了厄运。据该公司的一位女发言人宣布,Quicksilver正在将其知识产权(IP)授权给其它公司,并将自己定位为业内的一家销售商或者其它公司的合作伙伴。这家西雅图公司拥有20名工程设计人员,目前正致力于开发相关软件,并着眼于改善易用性。
尽管Quicksilver将其衰落归咎于设计人员不愿意从ASIC转向一个软件平台,但观察家指出了更根本性的问题。Quicksilver不能决定到底是做一家IP公司,还是做一家芯片公司,而且它无法提供一个全面的解决方案,并忽略了帮助客户进行全面的产品实现——考虑到ACM架构和软件的复杂性,这是一个尤其致命的错误。
此外,据知情人透露,该公司在与日本AOI公司的合作中犯了错误,使它不能拿出一个工作样机。Quicksilver的女发言人承认,该公司已经做出一些管理上的变化,但同时辩解说“不同的人对商业模式有不同的看法。”
Quicksilver并非是唯一遇到麻烦的公司。Sandbridge技术公司也被迫延迟了它的交货周期。它正在开发一种低功耗的高效架构,试图将SDR概念引入手机。但多个消息来源指出,它无法为3G手机提供先前所宣称的性能。不过,该公司首席执行官Guenter Weinberger表示,延迟是由于一个有缺陷的第三方IP引起的,而Sandbridge的0.13微米芯片仍然定于今年底前完成,并计划在2005年底或2006年初实现量产。Guenter驳斥了对其“吹嘘性能”的指责,强调该公司目前能实现384Kbps的3G手机,而且已经有了一个DVB-H平台。至于HSDPA,“我们能升级到它,但此时此刻我们将维持现有的平台,同时考虑我们对这个问题的立场,”他说。
“与只是改善现有的可重配置架构以满足SDR和高速率的要求相比,有关硬件的争论具有更重要的意义,”SDR论坛董事会主席、enVia II公司的执行总监Mark Cummings表示。作为早期SDR专利的持有人,Cummings认为,当前的第一代可重配置处理器仍将从开发、调试和验证等方面考虑,努力在处理能力与可编程性和易于实现之间寻求平衡。
向第二代发展
“我曾认为这些第一代公司将找到一个可以满足市场需求的折衷方案,但现在变得越来越清楚的是:这很难或者根本不可能。因此,我得出一个结论:我们需要第二代处理器,”Cummings说。他坚信不需要折衷的第二代架构是有可能的,但不愿意谈论细节。
虽然这个市场充满困难,但新兴公司接踵而至。“需求就在这里,”Atlas Ventures的合伙人之一Martin Gibson说。他的公司投资了美国的picoChip公司和Sandbridge公司以及英国的无晶圆IC设计公司Icera。“我们相信能够在一个可重配置架构上完成处理任务,而且随着标准的演变和3G的到来,它将变得更重要,”Gibson说。
Icera公司总裁兼首席执行官Stan Boland指出,这项任务不只在于打造能处理所有空中接口的SDR,更重要的是改善系统性能以及运营商的经济模式,因为通过更有效的设计,网络可以随时随地修改以适应通道特性。Icera成立于两年前,迄今已筹集到3,300万美元资金。“我们很快就可以推出芯片了,”Boland说。
作者:柏万宁
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