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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12月6日 星期一

33. 5G毫米波- 聊聊無線通訊晶片的開發與驗證

不同無線通訊系統, 各有不同標準, 主要是根據各個無線通訊應用情境的需求所制定, 所謂應用情境是考慮像: 使用於室內或是戶外, 是應用於10米內短距離連線, 100米內無線資料的傳輸, 或是幾十公里範圍的無線通訊. 根據這些考量制定所需要的封包長度與封包各欄位的功能定義, 依據所需要的傳輸情境, 傳輸速率與資料量採用或設計所對應採用的調變解調技術, 通道編解碼技術, 錯誤偵測碼等的不同的技術制定成標準. 

也因此不同的無線通訊標準, 封包格式不同, 也各自採用不同的調變解調技術, 不同的編解碼格式, 同時依據傳輸距離等各自不同的使用情境, 也各自有不同的通道模型與預期會造成的通道影響, 在接收端也就需要作不同的時序與頻率補償, 通道估測與進行不同演算法的通道補償方式!

所有這些基頻信號處理技術, 都需要工程師依據不同標準, 建立整個無線通訊模擬系統並進行演算法設計!

一般通訊工程師會先採用像Matlab的商用軟體來建構系統, 快速的針對不同演算法進行性能與複雜度的評估, 主要是因為這些商用軟體已內建許多通訊的功能軟體庫, 可以快速的建立通訊系統, 而不需要所有功能都從零開始寫!! 但這些軟體也因為內建太多軟體庫與介面, 使得執行速度相對較慢. 另外, 這些內建功能都是黑盒子, 看不到內部的設計細節, 這對於想要除錯或是進一步性能改善就沒辦法進行!

因此, 通常工程師會再將選定的系統架構與演算法, 利用C/C++語言進行浮點模擬系統設計,之後再進行定點模擬. 所謂的浮點模擬, 是模擬類比世界的系統性能, 模擬的結果是所設計的通訊系統所能達到的最佳性能. 但因為真實世界的信號處理多已是數位信號處理的數位世界, 因此還需要再進行定點設計, 以決定系統所需要從類比轉換為數位所需要的解析位元數.

以往晶片設計工程師完成這一步, 多會先以FPGA來進行較接近實際系統性能的建置與仿真評估, 以在晶片送TSMC等晶圓代工廠製造成晶片前先確認功能無誤, 同時性能也如預期. 但這個步驟並不容易進行, 因為需要花許多時間進行實際通訊系統的建置, 同時因為FPGA的限制, 需要進行許多的妥協或是改寫, 而且通常是需要降速運行, 因為FPGA的運算速度並不像實際晶片那麼快速!

円通科技自行開發的非信令測試儀, 只需直接在提供的圖形介面依據所需規格對射頻前端設定所需頻寬與操作頻段, 就可以完成系統建置, 並可以直接將已完成模擬設計的Malab與 C/C++的無線通訊設計, 直接運行在電腦或筆電, 並在實際情境中進行無線雙向傳輸, 驗證在真實世界中所設計系統或是演算法的實際傳輸性能!


透過使用者圖形介面直接做設定, 可以產生任意波型做為發射端的信號源頭, 也可針對接收端要做的信號分析, 不管是時域的信號波型, 頻域的頻譜, 或是解調後的信號品質, 都可以在圖形界面中直接執行與觀測.




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