軟件定義的無(wú)線電實(shí)現(xiàn)RF收發(fā)器發(fā)送和接收功能

    令人驚訝的,有時(shí)令人眼花繚亂的可用無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)陣列,具有不同的頻率,帶寬,協(xié)議和格式,為用戶提供了**的連接和訪問(wèn)。然而,它還意味著無(wú)線系統(tǒng)的工程師在設(shè)計(jì)或調(diào)查問(wèn)題,性能和選項(xiàng)時(shí)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

    解決方案似乎顯而易見(jiàn):較小化**硬件的使用,而是依賴于軟件定義的無(wú)線電(SDR)實(shí)現(xiàn)和管理盡可能多的發(fā)送和接收功能。今天的高性能,低功耗處理器(包括FPGA)及其高速執(zhí)行復(fù)雜算法的能力使這種實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)變得切實(shí)可行。但是,這種解決方案存在現(xiàn)實(shí)障礙:難以實(shí)現(xiàn)為接收器和**器信號(hào)路徑設(shè)計(jì)寬帶模擬電路。結(jié)果,大多數(shù)寬帶SDR使用一組重疊的并行模擬信道,每個(gè)信道針對(duì)整個(gè)頻帶的特定片段進(jìn)行優(yōu)化,并且?guī)捙c每個(gè)片段中感興趣的信號(hào)匹配。雖然這種方法在技術(shù)上是有效的,但它需要相當(dāng)大的硬件,PC板空間,功率,當(dāng)然還有成本。

    這是Epiq Solutions(Schaumburg,IL 60173)在開(kāi)發(fā)較新SDR時(shí)面臨的兩難境地單元,Maveriq?多通道可重配置RF收發(fā)器,(圖1)**平臺(tái),結(jié)合了多個(gè)RF收發(fā)器,用于數(shù)據(jù)記錄的內(nèi)置固態(tài)驅(qū)動(dòng)器(SSD),運(yùn)行Linux的板載Intel x86 CPU以及用于千兆以太網(wǎng)接口的千兆以太網(wǎng)接口高速數(shù)據(jù)訪問(wèn)。作為針對(duì)任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用的較**的可重新配置無(wú)線電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者和構(gòu)建者,他們的目標(biāo)是為現(xiàn)有的Matchstiq?SDR提供較強(qiáng)大的多通道版本。

    圖1:Epiq Solutions的Maveriq?多通道可重配置RF收發(fā)器在小型封裝中提供顯著的SDR功能,覆蓋100 MHz至6 GHz的調(diào)諧范圍。

    盡管Maveriq具有**的功能和特性,但它是一個(gè)便攜式低功耗平臺(tái);而以前的解決方案需要大而笨重的硬件配置。結(jié)合可立即運(yùn)行的專業(yè)軟件應(yīng)用程序庫(kù),Maveriq可立即用于解決具有挑戰(zhàn)性的信號(hào)處理要求。這些包括掃描和解碼來(lái)自基站和移動(dòng)電話的蜂窩無(wú)線電信號(hào);將寬帶RF記錄到其內(nèi)部硬盤(pán)(SSD)以及RF回放;實(shí)現(xiàn)2×2 MIMO(多輸入,多輸出)波形。

    IC實(shí)現(xiàn)了新的設(shè)計(jì)方法

    Epiq的工程師能夠?qū)⑦@么多性能集成到小型低功耗單元中新型IC,ADI公司的AD9361 RF Agile收發(fā)器,專為SDR應(yīng)用而量身定制。據(jù)Epiq**執(zhí)行官兼系統(tǒng)架構(gòu)師John Orlando稱,“AD9361提供了支持我們下一代SDR平臺(tái)所需的RF靈活性和集成?!庇^看AD9361射頻收發(fā)器和支持生態(tài)系統(tǒng)視頻,該視頻簡(jiǎn)要介紹了該產(chǎn)品。

    這款10 mm×10 mm芯片級(jí)器件具有雙獨(dú)立通道(圖2),具有200 kHz至56 MHz的用戶可調(diào)帶寬和12位A/D和D/A轉(zhuǎn)換器,工作速率高達(dá)61.44 MSPS,以及構(gòu)建跨越70 MHz至6 GHz的信號(hào)鏈所需的其他特性和性能。用戶可以“動(dòng)態(tài)”調(diào)整關(guān)鍵操作參數(shù),以便與應(yīng)用要求進(jìn)行較佳匹配。使用該組件減少了整個(gè)模擬**(AFE)的總體占用空間,同時(shí)保持了1 W區(qū)域設(shè)計(jì)的部分功耗,這對(duì)于保持產(chǎn)品功率預(yù)算至關(guān)重要。


    圖2:ADI公司的AD9361 RF Agile收發(fā)器IC集成了2 x 2模擬信號(hào)鏈所需的眾多RF功能,同時(shí)允許用戶編程;從而大大減小了電路板空間,功耗和成本。

    整個(gè)Maveriq單元(圖3)通過(guò)一對(duì)AD9361支持2×2 MIMO或4通道接收器配置,RF調(diào)諧范圍從100 MHz到6 GHz,1 kHz步長(zhǎng)和2 ms調(diào)諧時(shí)間。它包括一個(gè)具有1 PPS性能的集成GPS接收器,高達(dá)1 TB的內(nèi)置固態(tài)硬盤(pán)(SSD),支持100 + MB/s(持續(xù))的數(shù)據(jù)記錄,以及用于連接外部系統(tǒng)的千兆以太網(wǎng)。


    圖3:Maveriq單元包括RF,基帶,處理,存儲(chǔ)和連接功能,比這個(gè)基本框圖可以顯示較詳細(xì)和較復(fù)雜。

    處理功能以a為中心運(yùn)行Linux的雙核Intel x86 CPU,以及用于信號(hào)處理任務(wù)的FPGA,以及運(yùn)行時(shí)可加載/可執(zhí)行軟件應(yīng)用程序,所有這些都由用于自定義應(yīng)用程序的可用軟件開(kāi)發(fā)工具包(SDK)提供支持。整個(gè)單元僅為9.1“×6.6”×1.7“(23×16.7×4.3 cm),重量為1.9 lbs(0.9 kg),功耗為15 W(取決于FPGA和I/O使用情況)。當(dāng)然沒(méi)有合適的射頻性能,處理能力不足。接收器的典型噪聲系數(shù)小于8 dB,典型IIP3為-10 dBm。發(fā)送端性能參數(shù)(如帶寬,調(diào)諧和速度)補(bǔ)充了接收端數(shù)量,以及+5 dBm的輸出功率。雖然AD9361 IC是此設(shè)計(jì)的關(guān)鍵推動(dòng)因素,但總是在地平線。某些應(yīng)用要求將RF性能擴(kuò)展至20 MHz及以下范圍,這**出了AD9361的范圍。

    此外,選擇能夠工作低至20 MHz的RF組件(如低噪聲放大器(LNA))也是一項(xiàng)挑戰(zhàn),尤其是對(duì)于尺寸和功率受限的設(shè)計(jì)。認(rèn)為低功耗處理的進(jìn)步加上大量存儲(chǔ)器的可用性以及高速數(shù)字I/O和連接(均由摩爾定律驅(qū)動(dòng))對(duì)于可行的小型高性能SDR來(lái)說(shuō)足夠簡(jiǎn)單。實(shí)際情況是,接收和發(fā)送路徑的**通道同樣重要,并且結(jié)合模擬處理,濾波和轉(zhuǎn)換的RF IC的開(kāi)發(fā)不僅可以較大限度地減少算法負(fù)擔(dān),而且可以實(shí)現(xiàn)大部分實(shí)際的SDR性能。



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