RF IC技术大跃进　宽频SDR设计轻松达阵

RF IC技术大跃进　宽频SDR设计轻松达阵

　　在通讯领域中，相异且不相容的无线电技术不断出现，使得无线通讯产品的开发愈来愈困难;所幸，半导体业者已研发出支援多功能无线电的射频类比前端(AFE)，可加速实现涵盖宽广频率范围的宽频软体定义无线电(SDR)系统，满足通讯市场瞬息万变的应用需求。

　　在军事与航太领域中，相异且不相容无线电的激增是一项严重的问题，譬如某个团队可能须要将无线电使用于空降部队连结、卫星通讯、基地台中继站、紧急发送器，以及特定应用所需的装置，如无人飞机(UAV)作业等。这些无线电连结都分别具有极其重要的目的，遗漏其中任一项目都会使作业团队丧失其所需要的资源。然而，每一种无线电都具有尺寸、重量及备用电池需求等方面的成本，随着新的需求与连结陆续加入其中，此问题会更加复杂。

　　根据报告，透过能够使用于所有平台的“通用型全双工无线电模组”就可以解决这个问题。这种单一无线电可以在现场依据需求动态化重新配置，其目标在于可以减轻负担、提供弹性与多样功能、具有效率，如同联合战术无线电系统(JTRS)与软体定义无线电(SDR)之类计画所要努力达成的基本前提，也因此，能够以单一组的电池提供更长的作业时间，来获得显着的尺寸、重量、功耗(SWaP)优势。对于此种介于天线和处理器之间，同时也是真实讯号世界与数位世界之间的功能组件，其需求将会是复杂、多变、严苛的。

　　通用型无线电的抽象概念要转为现实物件，事实上比预想的还要困难许多。虽然摩尔定律(Moore's Law)已使所需的高性能与较低功率处理器，包括现场可编程闸阵列(FPGA)的方案实现，但也因此使得提供适合的整合性类比前端(AFE)变得更加困难。

　　直到最近，有一种适合用于此种多功能无线电的实际可用AFE出现，其需要一组重叠式的并联通道，每个通道都被设计成能够涵盖射频(RF)频谱的特定区域，并且还具备可和所需讯号格式相匹配的频宽。不过，该方案虽然可行，但在印刷电路板的尺寸、重量、功率及成本上却都耗费颇高。

　　通讯升级新契机　系统设计不再仅只是IC

　　由于弹性化宽频SDR这类型的复杂设计，会牵涉到大量的电路设计投入，以及演算法则的开发与权衡，产业界现在已开发出采用RF捷变收发器(Agile Transceiver)的参考设计，能和赛灵思(Xilinx)FPGA搭配使用。来自于如亚德诺(ADI)的AD-FMCOMMS2-EBZ现场可编程闸阵列夹层卡(FMC)，透过单一FMC连结器连结至Xilinx主要电路板，藉以提供能够支援AD9361在2×2通道组态设定(图1)下，所需要的电力与频宽。该电路板在软体方面可以完全客制化，不需要在硬体方面做任何改变，同时还能够针对不同的多重输入多重输出(MIMO)组态设定提供额外的选项。

　　参考设计包括电路图、布局、整体物料清单成本(BOM)、硬体描述语言(HDL)、Linux驱动程式，以及应用软体等，所有在验证性能与进行快速的系统原型建构时，所需要的关键细节。除了较低阶的软体与韧体之外，使用者还能够利用Simulink以及MATlab支援，这将可以实现无线电演算法则与性能的程式码开发与调整。

　　由于这款小巧、高性能及弹性化的积体电路(IC)能够取代大量的离散式电路，理所当然的，这些离散式设计的需求将会被认为似乎要就此终止，但其实不尽然如此。一个针对SDR全范围的特定区块、格式与频宽，加以良好设计、谨慎除错及适当布局的离散式AFE设计，尽管会具有较大的基底尺寸，却可能会在该特定区块中超越RF捷变收发器的表现。不过，真正的挑战是在于SDR中AFE的极端宽频性质，其需要许多像这样的频谱特定前端，而每一个前端对于设计以及评估而言，都是一项巨大的挑战。

　　该元件是真实的，FMC板与工具也是真实的，目前已经被放入两款现有的SDR产品设计当中。其中一款是来自于Ettus Research的USRP(Universal Software Radio Peripheral)，另一款则是由Epiq Solutions开发的Maveriq Multichannel Reconfigurable RF Transceiver。

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