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從事WiFi,藍芽,5G毫米波等無線通訊系統與晶片設計近30年的工程師 !

2021年8月2日 星期一

24. 5G毫米波 - 聊聊軟體定義無線電平台(SDR)的概念

隨著無線電傳輸在通訊上的應用越來越多,   這幾十年來針對各種不同應用的各種無線線通訊標準也陸續被制定, 不管是早期AM/FM無線電廣播, 無線電視, 手機, WiFi, 藍芽, IoT物聯網, ..., 或是現在人手不只一支的手機, 也已經進化到第五代的5G. 

為了讓這麼多同樣使用無線電應用之間的傳輸都能夠同時正常運作, 彼此之間不會互相干擾, 陸續有許多新的技術被發明與使用, 從最早以時間分隔或是以不同頻率作分隔, 之後也有像 3G以手機以不同的展頻碼作分隔, 現在則是有像4G & 5G手機, 進化到同時以時間和頻率做分隔. 

同時, 因應各種不同無線通訊應用的市場定位, 有些是用在短距離的控制或通訊, 例如藍芽, NFC, ..., 有些是室內較小範圍的應用, 像WiFi, DECT,..., 有些則是大範圍廣域的應用, 像是手機, 在決定使用的調變/解調與編/解碼技術, 網路規範與前端無線電電路規格, 就需要因應市場定位來選擇規格, 是要選較簡單, 價格可以較低, 功耗也較低的技術, 或是需要採用高端的規格, 雖然較貴, 卻是以滿足高性能規格為首要目標!! 

所有這些不同的需求與功能, 以往越是底層, 像是實體層或是網路規約層, 多是以硬體方式來實現, 也就使得不同應用對應不同規格的無線傳輸, 都需要設計與使用各自的晶片與實現符合各自規格的硬體電路與模組. 這樣做, 各自需要很多不同技能的工程師, K不同標準的規格, 選擇各自不同規格適合的不同晶片製程來設計,發展不同的電路與模組, 雖然造就很多公司與工作機會, 但每一個無線應用產品的推出, 開發時間很長, 成本也非常高!! 而不得不這麼做的另一個原因, 也是因為CPU/DSP的運算速度不夠快, 很多需要的功能只能以硬體方式來實現, 運算或執行的速度才夠快.

於是就有人提出, 是否有可能有一天無線電傳輸的硬體可以只剩下最基本, 最簡單的部分, 像是功率放大器與低雜訊放大器, 其他像升降頻, 濾波, 調變/解調, 編/解碼,...等原本需要各自晶片與電路和模組的硬體, 都可以以軟體的方式來實現, 真到那個時候, 不同應用不同規格與標準的無線電傳輸, 只需要像現在的APP, 軟體就可以選擇要做甚麼, 選擇要使用或設定的頻率, 頻寬, 濾波, 調變解調, 編解碼,...等, 不管是從彈性或是成本, 都是非常漂亮與令人嚮往的!!這個概念, 就是軟體定義無線電, Software Defined Radi, SDR的定義與終極目標!!


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