戰(zhàn)場上的軟件定義無線電

        無論是對于戰(zhàn)場上的士兵，還是命令控制中心的決策者，安全實時準(zhǔn)確的信息對于任何軍事行動、促進策略和戰(zhàn)術(shù)決策都是至關(guān)重要的。

　　先進的無線通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)由許多復(fù)雜的射頻(RF)和信號處理技術(shù)交織而成，所有這些技術(shù)密切協(xié)作，形成可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，用戶只需輕觸按鈕就能傳輸信息。

　　在軍用通信歷史中，涌現(xiàn)了大量不同且不兼容的無線電，在這些領(lǐng)域，工作小組可能需要不同的裝置，以用于機載鏈路、衛(wèi)星通信、中繼基站、緊急發(fā)射器以及特定應(yīng)用目的(如無人機操作)。 其中每一個無線電鏈路都起著生死攸關(guān)的作用，漏掉其中一個會使工作小組處于不利境地。 然而，無線電在尺寸、重量和備用電池等方面都需要考慮成本。 隨著各種新要求和新鏈路的加入，問題變得更加復(fù)雜。

　　需要一款通用型全雙工無線電模塊，可以用于所有平臺，并能在現(xiàn)場進行動態(tài)重配置。 這將減少負擔(dān)，帶來靈活性和通用性，提高效率，用一組電池可以工作更長時間，從而形成巨大的尺寸、重量和功耗(SWaP)優(yōu)勢。

　　然而，把這種通用無線電概念變成現(xiàn)實卻比預(yù)期要困難得多，而且提供合適的模擬前端 (AFE) 也非常困難。 直到最近，面向這類多功能無線電的實用模擬前端還需要一個重疊并行通道陣列，每個通道旨在覆蓋射頻頻譜的一個特定頻段，其帶寬與目標(biāo)信號格式相匹配。 這種方法在最終印刷電路板占用空間、重量、功耗方面的代價非常高。

　　軟件定義解決方案

　　軟件定義無線電(SDR)可以適應(yīng)各種物理層格式和協(xié)議，并可通過處理器上運行的軟件加密數(shù)據(jù)并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，對于軍事要求堪稱完美。 用戶可以動態(tài)控制頻率、調(diào)制、帶寬、加密功能和波形要求。

　　SDR還可以將新波形和功能靈活整合到系統(tǒng)中，無需升級或替換硬件組件。 士兵可以使用這些SDR進行數(shù)據(jù)訪問并與命令中心進行通信，另外還可使用這些SDR創(chuàng)建廣域傳感器/網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)位置檢測和戰(zhàn)斗士兵之間的通信。

　　SDR中最重要的組件是收發(fā)器，它需要具有可通過軟件快速調(diào)整的極寬RF范圍。 另外還需要支持頻分復(fù)用(FDD)和時分復(fù)用(TDD)，同時需具有高水平范圍和可靠性，即使在噪聲條件下亦是如此。 與此同時，此設(shè)備應(yīng)該可以在較低功率下運行，使士兵電池組消耗最小。

　　一種高度集成的混合信號RF IC使寬帶SDR設(shè)計更小、更輕、耗電更少。 但是真正的挑戰(zhàn)是SDR中AFE的超高帶寬特性;將需要很多頻譜特定前端，每個前端對于設(shè)計和評估都是一種挑戰(zhàn)。 此外，最終產(chǎn)品將不符合SwaP方面的要求。

　　組件要求

　　具有支持雙獨立收發(fā)器通道的新一代寬帶可編程前端收發(fā)器，包括ADI公司的AD9361 RF捷變收發(fā)器。 這些器件可應(yīng)對SDR的挑戰(zhàn)。

　　系統(tǒng)處理器可以動態(tài)重新配置關(guān)鍵參數(shù)(如帶寬和RF頻率)，以適應(yīng)應(yīng)用需求，從而帶來最佳結(jié)果。 此外，它可以處理快速增長的多輸入、多輸出(MIMO)頻段以及不需要MIMO的那些應(yīng)用。

　　這款10 x 10mm的芯片級器件具有200kHz至56MHz的用戶可調(diào)帶寬范圍，以及構(gòu)建70MHz到6GHz信號鏈所需的其他特性和性能。 利用這款2 × 2直接變頻組件，可以將整個模擬前端簡化成一個相對簡單的電路。 它通過一個LVDS或CMOS端口與主機處理器連接，以提升速度、簡化操作。 該設(shè)備集成了12位ADC和DAC、小數(shù)N分頻頻率合成器、數(shù)字和模擬濾波器、自動增益控制(AGC)、發(fā)射功率監(jiān)控、正交校正和其他關(guān)鍵功能。

　　接收器噪聲系數(shù)也小于2.5dB，發(fā)送器的誤差矢量幅值(EVM)優(yōu)于-40Db，且發(fā)送器噪底低于-157dBm/Hz。 對于發(fā)射和接收路徑，本振步長為2.5Hz，可實現(xiàn)精密調(diào)諧。 即使所有功能均集成到器件中，一般功耗僅1W左右。

　　系統(tǒng)設(shè)計

　　像靈活的寬帶軟件定義無線電一樣的復(fù)雜設(shè)計涉及大量的電路設(shè)計工作，以及算法開發(fā)工作和一些權(quán)衡，因此，AD9361有一種配套的參考設(shè)計，專門針對Xilinx FPGA應(yīng)用而優(yōu)化。

　　該板可通過軟件完全自定義，同時無需改變?nèi)魏斡布峁┽槍Ω鞣NMIMO配置的額外選項。 ADI公司還與MathWorks公司合作，將AD9361和AD9361濾波器設(shè)計向?qū)д系狡湓O(shè)計和仿真工具中。 Mathworks公司還將該設(shè)備列入其SimRF庫中，允許在無線系統(tǒng)設(shè)計中仿真其性能。

　　由于這款靈活的小型高性能IC取代了大量分立式電路，所以表面看起來，對此類分立式設(shè)計的需求已經(jīng)不復(fù)存在。 但事實不一定是這樣的，因為針對軟件定義無線電頻率范圍的特定頻段、格式和帶寬的收發(fā)器信號鏈設(shè)計，如果設(shè)計精良、經(jīng)仔細調(diào)試而且布局合理，其在該特定應(yīng)用中的性能有可能超過AD9631 IC，雖然其體積較大。

　　無論系統(tǒng)工程師是愿意用ADI FMC平臺，還是使用已上市的軟件定義無線電平臺，來開展軟件定義無線電的設(shè)計和開發(fā)工作，使用AD9361而取得的整體產(chǎn)品封裝和性能都將帶來巨大的領(lǐng)先優(yōu)勢。

　　這款I(lǐng)C已經(jīng)發(fā)布并被設(shè)計到兩款現(xiàn)有開放市場SDR產(chǎn)品中： 即Ettus Research的通用軟件無線電外設(shè)(USRP)(http://www.ettus.com)和Epiq Solutions的Maveriq多通道可重配置射頻收發(fā)器 (http://www.epiqsolutions.com)。