令人驚訝的,有時令人眼花繚亂的可用無線標準陣列,具有不同的頻率,帶寬,協議和格式,為用戶提供了前所未有的連接和訪問。然而,它還意味著無線系統的工程師在設計或調查問題,性能和選項時面臨嚴峻的挑戰。
解決方案似乎顯而易見:最小化專用硬件的使用,而是依賴于軟件定義的無線電(SDR)實現和管理盡可能多的發送和接收功能。今天的高性能,低功耗處理器(包括FPGA)及其高速執行復雜算法的能力使這種實時實現變得切實可行。但是,這種解決方案存在現實障礙:難以實現為接收器和發射器信號路徑設計寬帶模擬電路。結果,大多數寬帶SDR使用一組重疊的并行模擬信道,每個信道針對整個頻帶的特定片段進行優化,并且帶寬與每個片段中感興趣的信號匹配。雖然這種方法在技術上是有效的,但它需要相當大的硬件,PC板空間,功率,當然還有成本。
這是Epiq Solutions(Schaumburg,IL 60173)在開發最新SDR時面臨的兩難境地單元,Maveriq?多通道可重配置RF收發器,(圖1)高級平臺,結合了多個RF收發器,用于數據記錄的內置固態驅動器(SSD),運行Linux的板載Intel x86 CPU以及用于千兆以太網接口的千兆以太網接口高速數據訪問。作為針對任務關鍵型應用的最先進的可重新配置無線電系統的設計者和構建者,他們的目標是為現有的Matchstiq?SDR提供更強大的多通道版本。
圖1:Epiq Solutions的Maveriq?多通道可重配置RF收發器在小型封裝中提供顯著的SDR功能,覆蓋100 MHz至6 GHz的調諧范圍。
盡管Maveriq具有先進的功能和特性,但它是一個便攜式低功耗平臺;而以前的解決方案需要大而笨重的硬件配置。結合可立即運行的專業軟件應用程序庫,Maveriq可立即用于解決具有挑戰性的信號處理要求。這些包括掃描和解碼來自基站和移動電話的蜂窩無線電信號;將寬帶RF記錄到其內部硬盤(SSD)以及RF回放;實現2×2 MIMO(多輸入,多輸出)波形。
IC實現了新的設計方法
Epiq的工程師能夠將這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收發器,專為SDR應用而量身定制。據Epiq首席執行官兼系統架構師John Orlando稱,“AD9361提供了支持我們下一代SDR平臺所需的RF靈活性和集成。”觀看AD9361射頻收發器和支持生態系統視頻,該視頻簡要介紹了該產品。
這款10 mm×10 mm芯片級器件具有雙獨立通道(圖2),具有200 kHz至56 MHz的用戶可調帶寬和12位A/D和D/A轉換器,工作速率高達61.44 MSPS,以及構建跨越70 MHz至6 GHz的信號鏈所需的其他特性和性能。用戶可以“動態”調整關鍵操作參數,以便與應用要求進行最佳匹配。使用該組件減少了整個模擬前端(AFE)的總體占用空間,同時保持了1 W區域設計的部分功耗,這對于保持產品功率預算至關重要。
圖2:ADI公司的AD9361 RF Agile收發器IC集成了2 x 2模擬信號鏈所需的眾多RF功能,同時允許用戶編程;從而大大減小了電路板空間,功耗和成本。
整個Maveriq單元(圖3)通過一對AD9361支持2×2 MIMO或4通道接收器配置,RF調諧范圍從100 MHz到6 GHz,1 kHz步長和2 ms調諧時間。它包括一個具有1 PPS性能的集成GPS接收器,高達1 TB的內置固態硬盤(SSD),支持100 + MB/s(持續)的數據記錄,以及用于連接外部系統的千兆以太網。
圖3:Maveriq單元包括RF,基帶,處理,存儲和連接功能,比這個基本框圖可以顯示更詳細和更復雜。
處理功能以a為中心運行Linux的雙核Intel x86 CPU,以及用于信號處理任務的FPGA,以及運行時可加載/可執行軟件應用程序,所有這些都由用于自定義應用程序的可用軟件開發工具包(SDK)提供支持。整個單元僅為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)。當然沒有合適的射頻性能,處理能力不足。接收器的典型噪聲系數小于8 dB,典型IIP3為-10 dBm。發送端性能參數(如帶寬,調諧和速度)補充了接收端數量,以及+5 dBm的輸出功率。雖然AD9361 IC是此設計的關鍵推動因素,但總是在地平線。某些應用要求將RF性能擴展至20 MHz及以下范圍,這超出了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))也是一項挑戰,尤其是對于尺寸和功率受限的設計。認為低功耗處理的進步加上大量存儲器的可用性以及高速數字I/O和連接(均由摩爾定律驅動)對于可行的小型高性能SDR來說足夠簡單。實際情況是,接收和發送路徑的前端通道同樣重要,并且結合模擬處理,濾波和轉換的RF IC的開發不僅可以最大限度地減少算法負擔,而且可以實現大部分實際的SDR性能。
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