前段時(shí)間有幸參加了亞研院的譚焜研究員關(guān)于“軟件無(wú)線電”的講座。在講座中，譚老師詳盡地介紹了研究院自行設(shè)計(jì)的軟件無(wú)線電系統(tǒng)Sora的來(lái)龍去脈，讓我獲益頗深。盡管在之前幾個(gè)月的實(shí)習(xí)中我一直在Sora這個(gè)平臺(tái)上工作，但都只是窺一斑，此次講解才讓我真正看到了全貌，理解也深入了。更讓我啟發(fā)的是，譚老師結(jié)合自己的從“應(yīng)用層轉(zhuǎn)入物理層”的研究經(jīng)歷，闡述了計(jì)算機(jī)科學(xué)(CS)是如何進(jìn)入到無(wú)線通訊這個(gè)通常屬于電子工程(EE)的領(lǐng)域的。從這個(gè)層面上，他認(rèn)為軟件無(wú)線電一定能給無(wú)線通信的發(fā)展注入革命性的力量。

我們知道，在現(xiàn)代的人類社會(huì)中，無(wú)線通訊多姿多態(tài)，無(wú)處不在。隨便拿起一個(gè)手機(jī)，上面可能就繼承了多個(gè)不同的無(wú)線通訊模塊, GSM/CDMA，Bluetooth，Wi-Fi…其它的通訊標(biāo)準(zhǔn)還有LTE, 3G, 4G, ZigBee, Wimax…復(fù)雜多樣的標(biāo)準(zhǔn)讓人頭暈?zāi)闶欠裣脒^(guò)有一天（這可能在2020年前就能真正發(fā)生），你的手機(jī)能夠兼容所有的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)你需要某種資源時(shí)，你只需要啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的軟件就可以了！而這些軟件又都是可以在線下載的。

要實(shí)現(xiàn)這種夢(mèng)想，一種辦法是把所能想到的無(wú)線通訊標(biāo)準(zhǔn)的硬件模塊都集成在設(shè)備上。這種辦法顯然是不可行的。其一，標(biāo)準(zhǔn)這么多，要都集成的話設(shè)備的體積，能耗，效能都會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題；其二，不具備兼容性，當(dāng)新標(biāo)準(zhǔn)出來(lái)你就只能拆手機(jī)了…

另外一種辦法就是傳說(shuō)中的軟件無(wú)線電了。我們知道，一般的無(wú)線電系統(tǒng)，對(duì)于基帶的處理（FFT,調(diào)制,編碼等）都是由專用硬件芯片實(shí)現(xiàn)的。這是因?yàn)閷Ｓ眯酒ㄈ鏔PGA）有天然的優(yōu)勢(shì):速度快，他們的問(wèn)題是可編程性非常差，所以只能適用于單一的標(biāo)準(zhǔn)。如果我們能把這些以前只有專用芯片能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算交給通用的處理器（GPP），問(wèn)題能否解決呢? 不然。通用處理器上的軟件往往又很難達(dá)到專用芯片所能達(dá)到的速度，對(duì)實(shí)時(shí)處理的支持也很差。

歷史上著名的軟件無(wú)線電有兩套。一套是美國(guó)的萊斯大學(xué)（Rice University）所開(kāi)發(fā)的WARP Platform，然而其一萬(wàn)美元/套的造價(jià)使開(kāi)發(fā)者們望而生畏。另一套是開(kāi)源世界中著名的GNURadio/USRP。它可以在低成本的射頻硬件和通用處理器上實(shí)現(xiàn)軟件定義無(wú)線電。實(shí)際上它非常成功，廣泛地應(yīng)用于無(wú)線愛(ài)好者與開(kāi)發(fā)人員。但人們也在抱怨，它的延遲和帶寬非常有限，很難和真正的商用網(wǎng)卡匹敵。

（專用FPGA+DSP芯片速度快，可變成性岔，通用處理器上的軟件可編程性高，速度慢。如何達(dá)到速度快，可編程性高的Sweet Point?）

如何才能達(dá)到上圖中的Sweet-point呢？以譚焜研究員領(lǐng)頭的 Sora開(kāi)發(fā)小組注意到了計(jì)算機(jī)世界的變化：隨著單個(gè)CPU核的計(jì)算能力逐漸達(dá)到瓶頸，摩爾定律并沒(méi)有失效，而是在核的數(shù)量上依然發(fā)揮作用。同時(shí)，現(xiàn)代PC bus技術(shù)的進(jìn)步速度也超出了人們的想象，PCIeV2能夠達(dá)到了5Gbps每條，即將出現(xiàn)的PCIeV3將會(huì)更快。Sora正是利用了以上兩個(gè)計(jì)算機(jī)世界中的技術(shù)發(fā)展，輔以多種多樣的優(yōu)化設(shè)計(jì)，如固化計(jì)算用以空間換時(shí)間，SIMD的數(shù)據(jù)并行計(jì)算，靜態(tài)規(guī)劃，核間流水線, 為實(shí)時(shí)處理設(shè)置專用核……把所有的這些結(jié)合在一起，把一臺(tái)最不起眼的商用PC,變成了一個(gè)強(qiáng)大的軟件無(wú)線電站，其速度能夠與商用的產(chǎn)品匹敵。

在講座的最后，譚焜研究員向我們分享一些在開(kāi)發(fā)Sora過(guò)程中體悟到的一些心得:

1,“歷史總會(huì)重復(fù)它自己”,通用的計(jì)算平臺(tái)總是能夠戰(zhàn)勝專用的平臺(tái),只要前者的計(jì)算能力能夠達(dá)到應(yīng)用的要求。想想二十年的多媒體計(jì)算，誰(shuí)知道現(xiàn)在通用的CPU,GPU能夠處理那么大，當(dāng)時(shí)只有專用圖形芯片才能處理的圖和視頻呢?

2,軟件無(wú)線電的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。軟件無(wú)線電會(huì)把無(wú)線通訊的研究帶來(lái)本質(zhì)的變化。比較下硬件和軟件的變革周期。20年間，Windows換了近10個(gè)版本,而無(wú)線通訊更新了不過(guò)三代(2G,3G,4G)。相信無(wú)線電變成“軟”的之后，其變革周期一定能大大縮短。

3，一般人們認(rèn)為,無(wú)線是屬于電子工程(EE)的活，網(wǎng)絡(luò)是屬于計(jì)算機(jī)(CS)的活 。在未來(lái)無(wú)線和網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫程度會(huì)越來(lái)越高，只能獨(dú)擋一面已經(jīng)不行了。

1. Kun Tan & Sora :

http://research.microsoft.com/en-us/projects/sora/

http://research.microsoft.com/en-us/people/kuntan/

2. WARP :

http://warp.rice.edu/news.php

3. GNURadio:

http://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki

此文轉(zhuǎn)載自博客園，作者SouthSeven。