戰場(chǎng)上的軟件定義無(wú)線(xiàn)電

        無(wú)論是對于戰場(chǎng)上的士兵，還是命令控制中心的決策者，安全實(shí)時(shí)準確的信息對于任何軍事行動(dòng)、促進(jìn)策略和戰術(shù)決策都是至關(guān)重要的。

　　先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò )由許多復雜的射頻(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(hù)只需輕觸按鈕就能傳輸信息。

　　在軍用通信歷史中，涌現了大量不同且不兼容的無(wú)線(xiàn)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、衛星通信、中繼基站、緊急發(fā)射器以及特定應用目的(如無(wú)人機操作)。 其中每一個(gè)無(wú)線(xiàn)電鏈路都起著(zhù)生死攸關(guān)的作用，漏掉其中一個(gè)會(huì )使工作小組處于不利境地。 然而，無(wú)線(xiàn)電在尺寸、重量和備用電池等方面都需要考慮成本。 隨著(zhù)各種新要求和新鏈路的加入，問(wèn)題變得更加復雜。

　　需要一款通用型全雙工無(wú)線(xiàn)電模塊，可以用于所有平臺，并能在現場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)重配置。 這將減少負擔，帶來(lái)靈活性和通用性，提高效率，用一組電池可以工作更長(cháng)時(shí)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(wú)線(xiàn)電概念變成現實(shí)卻比預期要困難得多，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(lèi)多功能無(wú)線(xiàn)電的實(shí)用模擬前端還需要一個(gè)重疊并行通道陣列，每個(gè)通道旨在覆蓋射頻頻譜的一個(gè)特定頻段，其帶寬與目標信號格式相匹配。 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(jià)非常高。

　　軟件定義解決方案

　　軟件定義無(wú)線(xiàn)電(SDR)可以適應各種物理層格式和協(xié)議，并可通過(guò)處理器上運行的軟件加密數據并進(jìn)行模數轉換，對于軍事要求堪稱(chēng)完美。 用戶(hù)可以動(dòng)態(tài)控制頻率、調制、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中，無(wú)需升級或替換硬件組件。 士兵可以使用這些SDR進(jìn)行數據訪(fǎng)問(wèn)并與命令中心進(jìn)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(shí)現位置檢測和戰斗士兵之間的通信。

　　SDR中最重要的組件是收發(fā)器，它需要具有可通過(guò)軟件快速調整的極寬RF范圍。 另外還需要支持頻分復用(FDD)和時(shí)分復用(TDD)，同時(shí)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(shí)，此設備應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設計更小、更輕、耗電更少。 但是真正的挑戰是SDR中AFE的超高帶寬特性;將需要很多頻譜特定前端，每個(gè)前端對于設計和評估都是一種挑戰。 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。 這些器件可應對SDR的挑戰。

　　系統處理器可以動(dòng)態(tài)重新配置關(guān)鍵參數(如帶寬和RF頻率)，以適應應用需求，從而帶來(lái)最佳結果。 此外，它可以處理快速增長(cháng)的多輸入、多輸出(MIMO)頻段以及不需要MIMO的那些應用。

　　這款10 x 10mm的芯片級器件具有200kHz至56MHz的用戶(hù)可調帶寬范圍，以及構建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(gè)模擬前端簡(jiǎn)化成一個(gè)相對簡(jiǎn)單的電路。 它通過(guò)一個(gè)LVDS或CMOS端口與主機處理器連接，以提升速度、簡(jiǎn)化操作。 該設備集成了12位ADC和DAC、小數N分頻頻率合成器、數字和模擬濾波器、自動(dòng)增益控制(AGC)、發(fā)射功率監控、正交校正和其他關(guān)鍵功能。

　　接收器噪聲系數也小于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(cháng)為2.5Hz，可實(shí)現精密調諧。 即使所有功能均集成到器件中，一般功耗僅1W左右。

　　系統設計

　　像靈活的寬帶軟件定義無(wú)線(xiàn)電一樣的復雜設計涉及大量的電路設計工作，以及算法開(kāi)發(fā)工作和一些權衡，因此，AD9361有一種配套的參考設計，專(zhuān)門(mén)針對Xilinx FPGA應用而優(yōu)化。

　　該板可通過(guò)軟件完全自定義，同時(shí)無(wú)需改變任何硬件，提供針對各種MIMO配置的額外選項。 ADI公司還與MathWorks公司合作，將AD9361和AD9361濾波器設計向導整合到其設計和仿真工具中。 Mathworks公司還將該設備列入其SimRF庫中，允許在無(wú)線(xiàn)系統設計中仿真其性能。

　　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(lái)，對此類(lèi)分立式設計的需求已經(jīng)不復存在。 但事實(shí)不一定是這樣的，因為針對軟件定義無(wú)線(xiàn)電頻率范圍的特定頻段、格式和帶寬的收發(fā)器信號鏈設計，如果設計精良、經(jīng)仔細調試而且布局合理，其在該特定應用中的性能有可能超過(guò)AD9631 IC，雖然其體積較大。

　　無(wú)論系統工程師是愿意用ADI FMC平臺，還是使用已上市的軟件定義無(wú)線(xiàn)電平臺，來(lái)開(kāi)展軟件定義無(wú)線(xiàn)電的設計和開(kāi)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(lái)巨大的領(lǐng)先優(yōu)勢。

　　這款I(lǐng)C已經(jīng)發(fā)布并被設計到兩款現有開(kāi)放市場(chǎng)SDR產(chǎn)品中： 即Ettus Research的通用軟件無(wú)線(xiàn)電外設(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)。