星期五, 10月 28, 2005

3G、Wi-Fi和WiMAX勢必走向整合之路

3G、Wi-Fi和WiMAX勢必走向整合之路
上網時間 : 2005年10月28日

隨著無線服務供應商及設備製造商嘗試選出行動寬頻資料的未來發展之路時出現一些說法認為,業界需要將3G、WiMAX及Wi-Fi加以適當地整合,才能讓成功最大化。市場研究公司Rysavy Research and Datacomm Research Company聲稱,當無線多媒體應用不斷增多時,WiMAX將發揮關鍵作用。

該市場研究公司表示:「WiMAX必須成為較廣泛領域的固定、漫遊(nomadic)和網路中繼站(backhaul)應用之全球標準。只有供應商完美執行,WiMAX才能功成名就。在行動市場,WiMAX廠商必須採用低成本高密度的基地台基礎設備,以提供較高的容量並向大樓應用滲透。」

該報告由Rysavy公司總裁Peter Rysavy撰寫,他聲稱,CDMA無線技術將在未來幾年內主宰行動技術,但這些3G系統仍然不能滿足需求。面對業已活躍的20億無線用戶,Rysavy 指出,沒有一種單一的網路技術能夠解決所有市場的要求。因此,實現額外解決方案的壓力也隨之而來,包括Wi-Fi和WiMAX。然而,後兩種技術卻並未被傳統的服務供應商所接納。

報告指出,「支援更多寬頻用戶的唯一途徑是將多媒體資料傳輸下載給行動廣播網路,採納更密集部署的無線網路技術,不管是3G、WiMAX或 Wi-Fi。」Rysavy並補充說明,3G和WiMAX族群將不得不埋頭苦幹,以改進智慧基地台天線系統和MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)方案。

(W. Gardner)

星期二, 10月 25, 2005

為「嵌入式系統」正名

為「嵌入式系統」正名
上網時間 : 2005年10月25日

嵌入式系統中都具有隱藏的智慧。我並不是指嵌入式系統裝置看起來都笨笨的──雖然對消費者來說這樣就足夠了──而是說,嵌入式系統的真正精華所在都隱藏在一個黑箱中。不管是DVD錄影機、音樂播放器、汽車防鎖煞車系統,還是行動通訊設備,其系統核心都藏在彩色塑膠外殼和商標的背後,硬體和軟體設計通常都不是業者強調的賣點。

Jim Turley

的確,我們看到的嵌入式系統其實只是其零件或包裝的表象,而不是真正的技術。相比之下,隨便一台電腦,不管是PC、Mac、工作站、還是超級電腦,業者總是強調產品中的技術內涵。我們常說買一台4-GHz、具備512MB RAM的PC,但從來不會說買具有6箇中斷的微波晶片及一個10位元A/D的產品。對於電腦首先就表現出的是其核心元件(常見的「Intel Inside」),而對於嵌入式產品的核心內容卻總是難以展現出來。

這對許多嵌入式工程師來說其實是感到挫折的,他們設計了產品,但工作本身卻不引人注目。但是換一個角度來看,不強調技術內涵未必是錯誤的。一個過分技術化的嵌入式產品往往會在市場中失敗,而簡單的產品往往非常易於銷售。

嵌入式設計人員對於描述他們自己的工作也會有失落感,假如你參與設計大眾所熟識的產品,如F/A-18 Hornet、Whirlpool冰箱或Nokia手機,你可以自豪地說:「我就是做那個產品的」,但對於我們從事嵌入式產品開發的大多數人來說,開發的產品往往超出一般大眾所理解的範圍,例如,祖母們可以知道留聲機是什麼,但卻無法理解一個具有即時優先權的多工調度程式。

Donald A. Norman有一本著名的書——《無形的電腦》(The Invisible Computer)。他在書中提到,真正的電腦是極其複雜的,然而卻是無形的,也就是說嵌入式電腦無處不在。他說的絕對正確,據我估計,美國每個中產階層家庭中平均擁有大約40至50個內含微處理器的設備,再外上車庫中每輛汽車所包含的10至30個。與家庭中的PC數量(一個PC包括幾個處理器)相比,嵌入式產品雖不起眼但卻佔據了絕對的優勢。

當我們被問到嵌入式系統時,我們總是手舞足蹈地進行描述,我們是嵌入式設計工程師和程式設計人員,卻不能非常清晰地說明我們所做的工作;更甚者,嵌入式 (embedded),這個最基本的名詞,在很多情況下其定義還往往不是完全相同的,也不是大多數人常用的辭彙。看來我們的確需要找到一個名詞,能夠更貼切地描述我們的工作。

《無形的電腦》是一個良好的開始,但如果我說「我的工作是設計看不見的電腦」,好像不太容易讓人理解。但試圖解釋「嵌入式 」又有點像解釋一個笑話:當你說完時,你的聽眾已經不感興趣了。我們所需的是一個更貼切的術語,這種吃力而混亂的描述已經持續太久了,現在需要有人能想出更好的定義。所以,寫出你的高見吧,你所從事的產業需要你。


作者:Jim Turley是EE Times姊妹刊物《嵌入式系統設計》的主編。

星期五, 10月 21, 2005

採用MIMO-OFDM技術提升WLAN性能

採用MIMO-OFDM技術提升WLAN性能
上網時間 : 2005年10月21日

本文描述了多輸入/多輸出-正交分頻多工(MIMO-OFDM)技術如何顯著提升WLAN性能,使其不僅能夠更加經濟有效地為現有應用服務,而且能夠實現要求更高的新型應用。此外,本文還解釋了製造商和終端用戶如何能夠透過部署MIMO-OFDM產品而獲益,又不錯過未來IEEE 802.11n標準可以帶來的好處。

任何一種無線連接的品質和有用性都可以透過三個基本參數進行完全描述,分別是:速度、範圍以及可靠性。MIMO-OFDM出現之前,上述3個參數依據嚴格的規則相互限制:速度的增加只有靠犧牲範圍和可靠性才可實現;範圍的擴展以犧牲速度和可靠性為代價;而提高可靠性必須降低速度和傳輸範圍。MIMO-OFDM的出現顛覆了這種限制,因為它能同時提升上述3個參數的性能。MIMO最終將使包括行動電話在內的所有主要無線產業獲益,但目前,WLAN引領了利用MIMO創新的潮流。

什麼是MIMO?

多徑傳播是所有無線通訊環境的一大特徵。

通常情況下,從A點的發射器到B點的接收器之間有一條主要(最直接)通道。但不可避免的是,一些發射訊號會通過其它路徑(從環境中的物體、大地以及大氣層反射等)到達接收器。


圖1:多徑傳播如何影響無線訊號。

經非直接通道傳輸的訊號到達接收器的時間會略晚於正常訊號,而且通常會衰減。處理衰減的多徑訊號的一般做法是簡單的忽略。但是,當多徑訊號太強以至於無法忽略時,會導致基於現有標準WLAN設備的性能下降。

無線訊號可借助正弦波進行描述,如圖1.a所示,縱軸表示振幅,橫軸表示時間。當多徑訊號比主訊號稍晚到達接收器時,其峰值和谷值與主訊號的峰谷值不會完全同相,接收器接收到的混合訊號多少會出現失真,見圖1.b。如果多徑訊號的時延導致其波峰與主訊號的波谷在同一刻出現,那麼多徑訊號將部份或完全抵銷主訊號,見圖1.c。傳統無線系統通常不對多徑干擾採取任何防範措施,僅依靠主訊號自身來抑制多徑訊號;或者利用多徑解緩技術。一種解緩技術是使用多個天線以便能夠在任一時刻及時捕捉最強訊號;另一種技術則給接收訊號增加了不同的時延,迫使各波峰和波谷同相。

無論何種解緩技術,它們都假定多徑訊號是無用甚至有害的,並竭盡全力制止這種危害。

與之相反,MIMO卻借助多徑傳播的特點提高吞吐量、傳輸距離/覆蓋範圍以及可靠性。MIMO非但沒有想方設法消除多徑訊號,而是讓多徑訊號攜帶更多的資訊。MIMO技術通過在相同無線訊息通道內同時發射並接收多個數據訊號實現了上述目的。多波形技術的使用構成了一種新的無線通訊模式──利用多維訊號進行通訊,該模式是目前為止唯一已知的能同時提高三個基本連接性能參數(範圍、速度和可靠性)的方法。

因為MIMO透過訊息通道傳輸多訊號(而不是傳統系統中的單訊號),所以MIMO擁有成倍的資訊負載能力(這是速度的另一種表達方式)。無線能力的一個通用測度標準是頻譜效率,即單位時間內單位頻寬所傳送的資訊量,通常以每赫茲每秒位元或b/s/Hz表示。

使用傳統無線技術,工程師必須設法才能漸進地提升頻譜效率(例如,每次增加一個b/s/Hz)。透過在同一個頻道內傳輸包含不同資訊流的多個訊號,MIMO提供了一種能夠成倍或三倍提升頻譜效率的方法。

MIMO還能被看作是一種多維無線通訊系統。傳統無線系統試圖在一維管道內壓縮盡可能多的資訊。為此,工程師必須使其設計適應一維訊息通道的噪音及其它限制。MIMO賦予了工程師在多維空間工作的條件,為消弭一維訊息通道的限制提供了機會。

更高的頻譜效率轉換成為更高的數據速率、更寬的覆蓋範圍、更多的用戶、更強的可靠性或上述指標的任意組合。透過增加頻譜效率,MIMO為多種新應用敞開了大門,同時還節省了現有應用的實施成本。

MIMO與智慧天線的區別

乍看起來,MIMO與智慧天線系統非常相似:兩個系統都採用多個天線,天線的佈置在可實施前提下盡可能遠離。但只要深入研究,你就會發現MIMO和智慧天線系統在本質上存在差別。

智慧天線增強了傳統的一維無線系統。大多數通用智慧天線系統採用波束成形技術(又稱波束切換)將訊號能量聚集於主路徑,而後利用接收合成技術(又叫分集)捕捉在任一特定時間內的最強訊號。注意:波束成形和接收合成僅僅是多徑解緩技術,並不能將無線訊息通道的數據吞吐量加倍(見圖2)。


圖2:比較智慧天線(a,b和c)與MIMO方案(d)

但這並不意味著波束成形和接收合成技術毫無用處。在點對點應用中(例如,戶外無線回傳應用),兩者均被證明能夠成倍提高系統性能。但是,波束成形和接收合成技術只能稱的上是對傳統無線系統性能的提升極有價值,而MIMO是一次可資標榜的轉變,它戲劇性地改變了人們對多徑傳播的接收度和反應。接收合成和波束成形只能一次將頻譜效率增加一或兩個b/s/Hz,而MIMO則能夠使b/s/Hz成倍增加。

為什麼採用MIMO-OFDM?

MIMO能與任何調變或接取技術共同使用。今天,大多數數位無線系統選用時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)或正交頻分多工(OFDM)技術。

時分系統在窄頻訊息通道上傳輸數據,採用時槽(time slot)來分隔不同用戶或用途的數據。碼分系統在寬頻(擴頻)訊息通道上傳輸數據,採用程式碼來分隔不同用戶和用途的數據。OFDM也是一個寬頻系統,但與在整個訊息通道連續擴展訊號的CDMA不同,OFDM採用多個分離的低數據速率子訊息通道。

MIMO可以與任何調變和接取技術一同使用。研究顯示,執行過程非常簡單,特別是對用於高數據速率的MIMO─OFDM而言更是如此。值得一提的是,MIMO─OFDM訊號能用相對直接的矩陣代數進行處理。

MIMO─OFDM如何使基於現有標準的產品受益

整合準標準MIMO增強型Wi-Fi的產品從外觀上看與具有智慧天線的產品極為相似,這一事實也暗示了另一個優勢。準標準MIMO產品裝配有天線和其它必須電路,當基於現有標準模式進行作業時,可以提供智慧天線功能。

事實上,即便僅在連接的一端採用這種智慧天線功能,也能提升系統性能。因此,準標準MIMO產品不僅能夠與現有Wi-Fi標準完全相容,還能夠增強這些標準的表現性能。

這從另一個方面也證明,準標準MIMO的增強效果可以被用來補充而不是阻礙現有標準。所以,一些用戶或許會購買準標準MIMO增強型Wi-Fi產品以期利用 MIMO-OFDM的出眾性能,而另一些用戶卻可能會發現,僅將這些設備添加到基於標準的網路中就能幫助他們解決問題。

供稿:Datacomm Research公司

現成IP並非定心丸 專家提醒買家謹慎決策

現成IP並非定心丸 專家提醒買家謹慎決策
上網時間 : 2005年10月21日

知識產權(IP)買家在決定購買IP核心之前,需要被提醒,以便預做心理準備。這是日前參加Denali Memcon活動的業界專家所提出的觀點。IP產業幾年前曾遭業界放棄,如今它正頑強地尋求可行的商業模式,並在系統單晶片方法內樹立了越來越主流設計的地位。

此次會議由美國EETimes半導體編輯Ron Wilson主持,與會者包括:Denali Software首席驗證架構師Sean Smith、Rambus工程設計總監Kevin Jones、思科系統(Cisco Systems)硬體工程設計經理Shyam Pullela、Sun Microsystems前端技術總監Shrenik Mehta和LSI Logic的CoreWare IP行銷總監Harmel Sangha。

會中談討了三家供應商和兩家用戶就準備、驗證和其它持續挑戰IP模式的問題。主持人Ron Wilson指出最新「產業挑戰(Industry Challenge)」調查中「IP選擇」的研究顯示,許多回覆者已決定在設計中以近乎現成的方式使用IP。

而與會者也認為那是很常見的,但通常大家都容易過於輕率而不夠謹慎。思科系統公司硬體工程設計經理Shyam Pullela表示,許多特定的行動來自於最後一分鐘的決策。「你尋找IP是因為你總是匆匆忙忙,由於你總是匆忙行事,因此也就沒有把如何將IP整合在你的流程內進行必要的審慎評斷」,他補充道。「你最好從一開始就花點時間(用於研究IP及其內涵),不要拿了就用。」

Rambus公司DFT和建模驗證工程設計總監Kevin Jones也強調「買家應謹慎」的看法,尤其是當在系統條件下驗證IP時。他表示:「大家應該考慮它是如何建構的?如何被測試的?IP這一水域可是深淺不一。」

Denali首席驗證官Sean Smith也指出,太多的用戶趨向於認定IP已是拍案決定的事,所以他們無需擔憂一切。以片PCI Express核心為例,它就是一個複雜的邏輯區塊。「對於(PCI Express)這一類IP供應商而言,要能執行並保證100%規格的可能性是不存在的,」他指出。「我誠心的建議身為用戶的你,應該要了解的更詳細些。」

(Brian Fuller)

星期二, 10月 18, 2005

IC設計過程中 軟體與驗證應優先考慮

IC設計過程中 軟體與驗證應優先考慮
上網時間 : 2005年10月18日

Denali Software公司技術長Mark Gogolewski日前在某場活動上發表專題演講時表示,一個新設計案中應有90%以上的精力是耗費在軟體內容和驗證策略上,而且必須在設計的最初階段就要詳加考慮。

Gogolewski表示,設計成本不斷飛升,大多數歸因於消耗於結構和驗證的時間和精力增加。另一個挑戰是保護知識產權,並且令其可互用,而這也是損害EDA產業及半導體產業之間關係的因素。Gogolewski引用飛利浦半導體的資料指出,系統單晶片(SoC)的軟體內容每十年成長 10倍。設計啟動計畫趨向縮水,因為設計成本上升。他指出,新的晶片設計需要1億美元的市場商機,而這幾乎是微乎其微。

此外Gogolewski根據一些圖表指出,軟體開發成本已超過了硬體開發費用。這一問題的部份原因是產業花費了太多精力用於組合IP模組,然後再驗證互通作業性。Gogolewski呼籲業界圍繞匯流排和介面標準展開更緊密的合作。他指出,PCI Express是一個突出例子,英特爾公司早期就考慮該規格,推動了產業更多支援和開發。(原文連結處:Denali CTO says software, verification first)

(Dylan McGrath)