RF IC技术大跃进 宽频SDR设计轻松达阵

来源:互联网 作者:------ 时间:2014-10-13 08:47

宽频SDR

  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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