无线通信的主要目标一直是为世界各地的人与万物建立联系。无论是人与人之间的手机通信还是车辆通信（vehicle communication；V2X）平台协助车辆协调交通顺序或协调Azoteq代理物联网（Internet of Thins；IoT）智能工厂装置监控，今天的无线系统正致力于实现这些梦想。

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这种力量代表着无处不在的连接 – 也就是说，能够无缝利用卫星、蜂巢网络和本地局域网络来保持快速、安全、可靠的在线连接的系统已经从可有可无转变为必要的功能。

对于建立这些技术的工程师来说，设计优化无线系统的挑战将随着系统的功能而增加。这些挑战包括确保设备符合系统的标准协议和设备的可操作性；算法、天线、数组、RF多领域系统参数的优化，如收发器设计选择，以及硬件原型的设计验证，通过自动空和真实信道和减损模型进行。

幸运的是，现成的技能和最佳实践可以帮助工程师设计、建模和测试这些系统，确保系统之间的良好合作，为企业和消费者提供无线通信管道，甚至是真正的连接。

无线技术的演变

从技术角度来看，无处不在的概念最近并没有诞生。然而，它的实施一直面临着经济、技术、物理等方面的挑战。

在经济层面，访问点的数量过去受到成本的限制，因此主要保留在人口密度高的地区。高吞吐量的连接不能无缝地构建在各种范围和距离上，每项技术都必须满足自己的利基市场。最后，在物理层面上，由于其他使用相同或相邻频谱的系统的干扰，每个通信链路都受到限制。这使得各种系统之间的协调成为必要。

今天的高级无线系统克服了许多挑战例如，低轨道（Low Earth Orbit；LEO）与中轨道相比，卫星信号可以在更远的距离提供更大的吞吐量（Medium Earth Orbit；MEO）与地球静止轨道（Geostationary Orbit；GEO）相应地，它更具成本效益 – 但其他挑战仍然存在。

比方说，5G、Wi-Fi以卫星为基础的通信设备依赖于多用户的多输入、多输出（multiple-input and multiple-output；MIMO）波束成形技术，触及服务区用户。MIMO配置支持波束成形的装置传输和接收多个信号，使工程师必须立即优化多个带宽的使用。然而，这需要对可用信号空间进行持续准确调度，建模和测量连接两端的通道，以建立两个设备的在线。

在设计无处不在的连接时，工程师通常会指定较小范围的通信Wi-Fi系统，大规模通信指定蜂巢式（cellular）系统。这些不同类型的网络可以一个接一个地运行，所以例如，可以删除发送到拥挤蜂巢服务区的信号Wi-Fi反之亦然。

蓝牙在无处不在的连接中也起着关键作用。虽然不是高吞吐量无线网络的一部分，但蓝牙的低功耗、基本速率和增强数据传输速率ISM低功耗蓝牙标准使其成为传输短距离信号的理想平台。

工程师可以充分利用蓝牙提供的短距离信号，因为它们足以显示这些设备是否需要连接到网络。或者，蓝牙还可以帮助工程师节省带宽，当设备不需要在线到网络时保持脱机。

为了确保卫星连接、4等大型局域网络G和5G等行动网络，本地局域网络（Wi-Fi）、蓝牙等个人局域网可以同步提供无处不在的连接，需要大量的测试。

对于处理这些问题的工程师来说，通过模型建立和模拟进行大量测试比实时设备更理想，从而清楚地显示了大型模拟平台的价值。

通过模拟协助实现无处不在的连接

要解决无处不在的挑战，工程师不仅需要了解当今所有无线通信协议和标准之间的关系和相互干扰，还需要测试标准之间的兼容性。

工程师可以使用大规模的建模和模拟工具，如MATLAB与Simulink，在部署前进行系统设计、建立模型、测试和分析，以确保系统的可靠性。

例如，与每个操作模式相关的参数的数量和复杂性将是蜂巢网络系统开发的主要挑战之一。工程师需要知道，每个参数都必须在蜂巢网络通道可能发生的各种条件下进行测试。如果不满足所有这些测试条件，系统将无法验证。

为了应对这一挑战，工程师可以使用模拟平台，它提供了一个更方便、更快、更可靠的环境来检查所有潜在参数，并与其他系统一起评估它们。由于MATLAB和Simulink提供的先进技能，如以更简单的方式生成波形，以及使用自动生成C程序代码GPUs平行操作可以加快模拟速度，并将更快的测试方法转化为可能。

当然，多用户MIMO当它们能够准确地找到并链接到目标装置时，与波束成形系统是有效的。这个时候需要像MATLAB和Simulink模拟平台更容易验证精确定位的任务。这些解决方案不仅为工程师提供符合行业标准的工具，还包括蓝牙和5G、LTE、与Wi-Fi，还提供了可视化和测试环境，帮助工程师在地图上检查室内外RF传播效应。这将有助于工程师确保多装置链接的准确性。

无处不在的连接在当今世界继续发挥着必要的作用。这意味着模拟平台将继续适应调整，以确保工程师在设计卫星网络、行动网络、本地局域网等多种形式的系统时保持快速、安全、可靠的在线连接。

(本文由钛思科技提供；作者Houman Zarrinkoub为MathWorks公司首席无线产品经理)