為各地的人與萬物建立連接一直是無線通訊的主要目標(biāo)。不論是人與人透過行動(dòng)電話來溝通、車輛通訊（vehicle communication；V2X）平臺(tái)協(xié)助車子進(jìn)行交通順序的協(xié)調(diào)，或者以物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Thins；IoT）裝置來監(jiān)控的智慧工廠，現(xiàn)今的無線系統(tǒng)正在致力實(shí)現(xiàn)這些夢想。

這股力量代表著無所不在的連接 – 也就是能夠無縫地使用衛(wèi)星、蜂巢式網(wǎng)路、以及本地區(qū)域網(wǎng)路來維持快速、安全、且可靠的線上連接的系統(tǒng)?已經(jīng)從可有可無，變成必須具備的功能。

對(duì)於打造這些科技的工程師而言，設(shè)計(jì)針對(duì)無所不在的連接而優(yōu)化的無線系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)會(huì)隨著系統(tǒng)所具備的功能而增加。這些挑戰(zhàn)包含要確保裝置符合系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)定和裝置的互通性；整合了演算法、天線、陣列、RF收發(fā)器設(shè)計(jì)選擇等多領(lǐng)域系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化；以及透過自動(dòng)的空中測試和真實(shí)通道與減損模型進(jìn)行硬體原型的設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

很幸運(yùn)地，現(xiàn)在已經(jīng)有現(xiàn)成的技巧和最佳實(shí)踐可以幫助工程師進(jìn)行這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建模和測試，確保系統(tǒng)間的良好協(xié)作，提供企業(yè)和消費(fèi)者無線通訊的管道，甚至是真正無所不在的連接。

無線科技的演進(jìn)

從技術(shù)上的觀點(diǎn)來看，無所不在的概念並不是最近才誕生。然而，它的執(zhí)行卻一直面臨到經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、物理等方面的挑戰(zhàn)。

以經(jīng)濟(jì)層面來說，存取點(diǎn)的數(shù)量在從前受到成本的限制，因此主要只保留給人口密度高的區(qū)域。高吞吐量的連接無法無縫地建構(gòu)在各種的範(fàn)圍和距離上，而且每一項(xiàng)技術(shù)都得滿足各自的利基市場。最後，在物理層面，每一個(gè)通訊鏈路還會(huì)因?yàn)槠渌褂昧讼嗤蜞徑l譜的系統(tǒng)帶來的干擾而受到限制。這使得各種系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)成為必要。

當(dāng)現(xiàn)今的高階無線系統(tǒng)已經(jīng)克服了這其中的許多挑戰(zhàn)?舉例來說，低軌道（Low Earth Orbit；LEO）衛(wèi)星的訊號(hào)能夠在更遠(yuǎn)的距離提供更大吞吐量，比中軌道（Medium Earth Orbit；MEO）和地球靜止軌道（Geostationary Orbit；GEO）對(duì)應(yīng)起來更具成本效益 – 但其他的挑戰(zhàn)卻仍然存在。

比方說，5G、Wi-Fi和以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的通訊裝置，仰賴多使用者的多輸入多輸出（multiple-input and multiple-output；MIMO）波束成形技術(shù)，以觸及服務(wù)區(qū)域內(nèi)的使用者。MIMO和支援波束成形的裝置被配置來傳送和接收多重訊號(hào)，使工程師必須立即優(yōu)化多重頻寬的使用。然而，這需要對(duì)可用訊號(hào)空間進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控，還需要精確的調(diào)度、以及在連接的兩端進(jìn)行通道的建模和量測來建立兩臺(tái)裝置的連線。

工程師在設(shè)計(jì)無所不在的連接時(shí)，通常上會(huì)將較小範(fàn)圍的通訊指定給Wi-Fi系統(tǒng)，較大範(fàn)圍的通訊指定給蜂巢式（cellular）系統(tǒng)。這些類型相異的網(wǎng)路可以一前一後地運(yùn)行，因此舉例來說，被發(fā)送到擁擠的蜂巢式服務(wù)區(qū)域的訊號(hào)可以卸載到Wi-Fi服務(wù)的網(wǎng)路，反之亦然。

藍(lán)牙也在無所不在的連接中擔(dān)當(dāng)了關(guān)鍵角色。雖然它不是作為高吞吐量無線網(wǎng)路的一部分，藍(lán)牙的低功耗以及其基本速率、增強(qiáng)資料傳輸速率使用的ISM頻段、低功耗藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，使其成為傳送短距離訊號(hào)的理想平臺(tái)。

工程師可以善用藍(lán)牙提供的短距離訊號(hào)，因?yàn)樗鼈冏顗蝻@示這些裝置是否需要連接到網(wǎng)路。或者，藍(lán)牙也可以協(xié)助工程師節(jié)省頻寬，當(dāng)裝置不需要連線到網(wǎng)路的時(shí)候可以維持在離線狀態(tài)。

為了確保這些類型的網(wǎng)路?大範(fàn)圍區(qū)域網(wǎng)路如衛(wèi)星連接、4G和5G等行動(dòng)網(wǎng)域網(wǎng)路、本地區(qū)域網(wǎng)路（Wi-Fi）、以及藍(lán)牙等個(gè)人區(qū)域網(wǎng)路?都能夠同步提供無所不在的連接，有必要進(jìn)行大量的測試。

對(duì)於處理這些問題的工程師來說，透過模型建立和模擬來執(zhí)行大量的測試，比執(zhí)行在即時(shí)設(shè)備上更為理想，這時(shí)便清楚展現(xiàn)了大規(guī)模模擬平臺(tái)的價(jià)值。

透過模擬協(xié)助達(dá)成無所不在的連接

解決無所不在連接的挑戰(zhàn)，不僅需要工程師對(duì)於當(dāng)今所有無線通訊協(xié)定和標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)係和相互干擾的了解，還需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)之間的相容性測試。

工程師可以使用大範(fàn)圍建模與模擬工具，如MATLAB與Simulink，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建立模型、測試、及在部署之前的分析，在建立物理裝置之前便能趁早確保系統(tǒng)的可靠度。

舉例來說，與每一個(gè)運(yùn)作模式所關(guān)聯(lián)的參數(shù)數(shù)量與複雜性會(huì)是蜂巢式網(wǎng)路系統(tǒng)開發(fā)的重大挑戰(zhàn)之一。工程師需要了解，每一個(gè)參數(shù)都必須在各種可能發(fā)生於蜂巢式網(wǎng)路通道的條件下進(jìn)行測試。如果不符合這所有的測試條件，系統(tǒng)則無法通過驗(yàn)證。

為了處理這項(xiàng)挑戰(zhàn)，工程師可以使用模擬平臺(tái)，它提供一個(gè)比實(shí)體測試更方便、更快速、更可靠的環(huán)境來檢視所有潛在參數(shù)，並對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行與其他系統(tǒng)的評(píng)估。由於MATLAB和Simulink提供的各項(xiàng)先進(jìn)技巧，像是用更簡單的方式產(chǎn)生波形，以及使用自動(dòng)產(chǎn)生C程式碼、藉由GPUs與平行運(yùn)算來加快模擬速度，將更快速的測試方法化為可能。

當(dāng)然，多使用者M(jìn)IMO與波束成形系統(tǒng)只在它們能夠準(zhǔn)確找到且連結(jié)到目標(biāo)裝置時(shí)有效。這時(shí)就需要像是MATLAB和Simulink的模擬平臺(tái)來讓驗(yàn)證精確定位的任務(wù)更加容易。這些解決方案不只提供工程師符合產(chǎn)業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)的工具來產(chǎn)生個(gè)別的訊號(hào)，包含藍(lán)牙、5G、LTE、與Wi-Fi，也提供了視覺化和測試環(huán)境來協(xié)助工程師在地圖上檢視室內(nèi)和室外的RF傳播效應(yīng)。這將幫助工程師確保多重裝置連結(jié)的精確性。

無所不在的連接持續(xù)在當(dāng)今世界佔(zhàn)據(jù)必要角色。這代表模擬平臺(tái)也會(huì)不斷地適應(yīng)調(diào)整，以保有其在工程師設(shè)計(jì)能夠無縫使用衛(wèi)星網(wǎng)路、行動(dòng)網(wǎng)路、本地區(qū)域網(wǎng)路等許多形式的系統(tǒng)時(shí)的必要性，同時(shí)能夠維持一個(gè)快速、安全、可靠的線上連接。

（本文由鈦思科技提供；作者Houman Zarrinkoub為MathWorks公司首席無線產(chǎn)品經(jīng)理）

**刊頭圖:在無線通訊領(lǐng)域無所不在的連接，代表模擬平臺(tái)也會(huì)不斷地適應(yīng)調(diào)整。