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無線通信的主要目標一直是為世界各地的人與萬物建立聯系。無論是人與人之間的手機通信還是車輛通信（vehicle communication；V2X）平臺協助車輛協調交通順序或協調Azoteq代理物聯網（Internet of Thins；IoT）智能工廠裝置監控，今天的無線系統正致力于實現這些夢想。

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這種力量代表著無處不在的連接 – 也就是說，能夠無縫利用衛星、蜂巢網絡和本地局域網絡來保持快速、安全、可靠的在線連接的系統已經從可有可無轉變為必要的功能。

對于建立這些技術的工程師來說，設計優化無線系統的挑戰將隨著系統的功能而增加。這些挑戰包括確保設備符合系統的標準協議和設備的可操作性；算法、天線、數組、RF多領域系統參數的優化，如收發器設計選擇，以及硬件原型的設計驗證，通過自動空和真實信道和減損模型進行。

幸運的是，現成的技能和最佳實踐可以幫助工程師設計、建模和測試這些系統，確保系統之間的良好合作，為企業和消費者提供無線通信管道，甚至是真正的連接。

無線技術的演變

從技術角度來看，無處不在的概念最近并沒有誕生。然而，它的實施一直面臨著經濟、技術、物理等方面的挑戰。

在經濟層面，訪問點的數量過去受到成本的限制，因此主要保留在人口密度高的地區。高吞吐量的連接不能無縫地構建在各種范圍和距離上，每項技術都必須滿足自己的利基市場。最后，在物理層面上，由于其他使用相同或相鄰頻譜的系統的干擾，每個通信鏈路都受到限制。這使得各種系統之間的協調成為必要。

今天的高級無線系統克服了許多挑戰例如，低軌道（Low Earth Orbit；LEO）與中軌道相比，衛星信號可以在更遠的距離提供更大的吞吐量（Medium Earth Orbit；MEO）與地球靜止軌道（Geostationary Orbit；GEO）相應地，它更具成本效益 – 但其他挑戰仍然存在。

比方說，5G、Wi-Fi以衛星為基礎的通信設備依賴于多用戶的多輸入、多輸出（multiple-input and multiple-output；MIMO）波束成形技術，觸及服務區用戶。MIMO配置支持波束成形的裝置傳輸和接收多個信號，使工程師必須立即優化多個帶寬的使用。然而，這需要對可用信號空間進行持續準確調度，建模和測量連接兩端的通道，以建立兩個設備的在線。

在設計無處不在的連接時，工程師通常會指定較小范圍的通信Wi-Fi系統，大規模通信指定蜂巢式（cellular）系統。這些不同類型的網絡可以一個接一個地運行，所以例如，可以刪除發送到擁擠蜂巢服務區的信號Wi-Fi反之亦然。

藍牙在無處不在的連接中也起著關鍵作用。雖然不是高吞吐量無線網絡的一部分，但藍牙的低功耗、基本速率和增強數據傳輸速率ISM低功耗藍牙標準使其成為傳輸短距離信號的理想平臺。

工程師可以充分利用藍牙提供的短距離信號，因為它們足以顯示這些設備是否需要連接到網絡。或者，藍牙還可以幫助工程師節省帶寬，當設備不需要在線到網絡時保持脫機。

為了確保衛星連接、4等大型局域網絡G和5G等行動網絡，本地局域網絡（Wi-Fi）、藍牙等個人局域網可以同步提供無處不在的連接，需要大量的測試。

對于處理這些問題的工程師來說，通過模型建立和模擬進行大量測試比實時設備更理想，從而清楚地顯示了大型模擬平臺的價值。

通過模擬協助實現無處不在的連接

要解決無處不在的挑戰，工程師不僅需要了解當今所有無線通信協議和標準之間的關系和相互干擾，還需要測試標準之間的兼容性。

工程師可以使用大規模的建模和模擬工具，如MATLAB與Simulink，在部署前進行系統設計、建立模型、測試和分析，以確保系統的可靠性。

例如，與每個操作模式相關的參數的數量和復雜性將是蜂巢網絡系統開發的主要挑戰之一。工程師需要知道，每個參數都必須在蜂巢網絡通道可能發生的各種條件下進行測試。如果不滿足所有這些測試條件，系統將無法驗證。

為了應對這一挑戰，工程師可以使用模擬平臺，它提供了一個更方便、更快、更可靠的環境來檢查所有潛在參數，并與其他系統一起評估它們。由于MATLAB和Simulink提供的先進技能，如以更簡單的方式生成波形，以及使用自動生成C程序代碼GPUs平行操作可以加快模擬速度，并將更快的測試方法轉化為可能。

當然，多用戶MIMO當它們能夠準確地找到并鏈接到目標裝置時，與波束成形系統是有效的。這個時候需要像MATLAB和Simulink模擬平臺更容易驗證精確定位的任務。這些解決方案不僅為工程師提供符合行業標準的工具，還包括藍牙和5G、LTE、與Wi-Fi，還提供了可視化和測試環境，幫助工程師在地圖上檢查室內外RF傳播效應。這將有助于工程師確保多裝置鏈接的準確性。

無處不在的連接在當今世界繼續發揮著必要的作用。這意味著模擬平臺將繼續適應調整，以確保工程師在設計衛星網絡、行動網絡、本地局域網等多種形式的系統時保持快速、安全、可靠的在線連接。

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