隨著世界逐漸走向無(wú)處不在的無(wú)線連接，甚至固定功能設(shè)備，如手機(jī)采用幾個(gè)不同的頻段和協(xié)議共存于一個(gè)小空間，無(wú)線設(shè)計(jì)師的工作也變得不那么容易了。現(xiàn)代智能手機(jī)和平板電腦可以同時(shí)收發(fā)3G/4G，（很快將是5G）語(yǔ)音和數(shù)據(jù)，藍(lán)牙，Wi-Fi和可能的GPS數(shù)據(jù)。支持“可穿戴”計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備的新興個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)將為已經(jīng)重大通信的設(shè)計(jì)增加更多的RF責(zé)任。即使在相同的頻段內(nèi)，不同的，有時(shí)是非互操作的協(xié)議和服務(wù)也在爭(zhēng)取認(rèn)可，接受，時(shí)間段和市場(chǎng)份額。例如，考慮2.4 GHz ISM頻段。我們有藍(lán)牙，Wi-Fi，ZigBee，無(wú)繩電話，遙測(cè)和其他幾種服務(wù)都存在于這個(gè)領(lǐng)域。

它并不止于此。需要連接到不斷變化的無(wú)線世界的設(shè)計(jì)人員必須了解芯片組開(kāi)發(fā)，協(xié)議棧，知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及眾多開(kāi)發(fā)環(huán)境，認(rèn)證，工具和測(cè)試設(shè)備。

如果有其他方法怎么辦？如果一個(gè)RF部分可以完成所有工作怎么辦？

本文將介紹新興的軟件定義無(wú)線電（SDR）架構(gòu)及其支持部分。 SDR擁有單一，超靈活的RF處理系統(tǒng)的承諾，可以對(duì)其進(jìn)行編程，以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)頻率和多個(gè)協(xié)議。此外，軟件定義無(wú)線電的完全可編程和信號(hào)處理特性使其成為出現(xiàn)的新協(xié)議和服務(wù)的理想對(duì)沖，但可能不會(huì)很快占據(jù)。

您正在被替換

無(wú)線電具有相互分離的功能，可以協(xié)同工作。例如，接收器將使用天線來(lái)接入低電平信號(hào)，放大它，對(duì)其進(jìn)行濾波，進(jìn)行混頻，解調(diào)恢復(fù)的信號(hào)（使用幾種調(diào)制/解調(diào)方案中的一種或多種）并將輸出數(shù)據(jù)呈現(xiàn)為模擬或數(shù)字波形。發(fā)送器調(diào)制而不是解調(diào)，但反向執(zhí)行相同的過(guò)程。

高度優(yōu)化的硬件模塊已經(jīng)發(fā)展到穩(wěn)定性，清晰度，低漂移，良好的溫度穩(wěn)定性，小尺寸，低功耗，良好的靈敏度和簡(jiǎn)單的系統(tǒng)集成。從某種意義上說(shuō)，SDR的目標(biāo)是用可編程和自動(dòng)化技術(shù)取代這些訓(xùn)練有素的工人。

理想情況下，天線將連接到A/D轉(zhuǎn)換器，將寬帶波形饋送到信號(hào)處理階段。然后，信號(hào)處理塊將在期望的時(shí)隙（如果適用的話）從期望的信道和期望的頻帶中提取期望的信號(hào)。然而，世界并非那么簡(jiǎn)單，至少現(xiàn)在還沒(méi)有首先，沒(méi)有GHz速度A/D轉(zhuǎn)換器。更重要的是，雖然存儲(chǔ)器深度呈指數(shù)增長(zhǎng)，例如在5 GHz頻段，剛剛概述的方案的存儲(chǔ)器要求需要10 GB才能創(chuàng)建一秒緩沖區(qū)（假設(shè)16位采樣）。另一方面幾個(gè)處理器和IC的進(jìn)步確實(shí)使得將RF前端級(jí)分成靈活的高性能處理模塊成為可能，這些處理模塊可以完成大部分高頻信號(hào)密集型恢復(fù)。此時(shí)，數(shù)據(jù)被傳遞到通用處理器，如PC，平板電腦甚至智能手機(jī)，它本身可以使用軟件創(chuàng)建用戶界面，控件，顯示器，甚至可以使用某些調(diào)制/解調(diào)方案A/D和D/A接口或聲卡（圖1）。

圖1：密集和高速前端硬件直接從天線捕獲信號(hào)以執(zhí)行信道化和采樣率轉(zhuǎn)換。這可以直接饋入數(shù)字信號(hào)處理級(jí)，執(zhí)行基帶處理。通用處理器（如PC）可以使用聲卡方式的模擬輸入來(lái)執(zhí)行解調(diào)和最終信號(hào)輸入/輸出。

可以使用可編程級(jí)代替濾波器，混頻器，調(diào)制器的離散硬件，解調(diào)器，探測(cè)器，比較器，放大器，振蕩器等。已有多種器件可用于此，并直接針對(duì)SDR設(shè)計(jì)。例如，考慮一下ADI公司的RF Agile收發(fā)器。指定的AD9364，它結(jié)合了RF前端和寬帶靈活的混合信號(hào)基帶處理器（圖2）。

圖2：模塊化1 x 1收發(fā)器功能12具有并行數(shù)據(jù)總線的A/D和D/A級(jí)。片上本地振蕩器和混頻器可用于70 MHz頻段直至6 GHz。雖然它最初是為3G/4G RF數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì)的，但它可以通過(guò)數(shù)字接口配置到主機(jī)處理器，這使它可以作為許多協(xié)議和頻段的靈活收發(fā)器。集成的高端頻率合成器為射頻操作提供了可配置的數(shù)字接口。

頻率范圍從70 MHz到6 GHz，支持傳統(tǒng)和現(xiàn)代Wi-Fi頻段。這也使其成為GSM，DECT，藍(lán)牙，Wi-Fi，WiMAX，ZigBee以及許多其他流行的無(wú)線協(xié)議和服務(wù)的范圍。

其他不錯(cuò)的功能包括信號(hào)增益和AGC功能的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制和128抽頭有限脈沖響應(yīng)濾波器，以適當(dāng)?shù)牟蓸勇十a(chǎn)生12位輸出信號(hào)。可編程性允許其用于時(shí)分雙工和頻率雙工信令技術(shù)。它具有可調(diào)諧的信道帶寬（從200 kHz到56 MHz），可以分離掉部分頻段以獲得高數(shù)據(jù)速率流，或者切出更窄的部分以獲得更低的波特率信號(hào)。

支持整個(gè)56 MHz至6 GHz范圍的AD-FMCOMMS4-EBZ開(kāi)發(fā)系統(tǒng)也得到了支持。

另一款用于軟件定義無(wú)線電的處理器配套芯片來(lái)自Lime Microsystems及其LMS6002DFN多頻段，多標(biāo)準(zhǔn)集成收發(fā)芯片。該器件還具有差分輸入和輸出RF連接，12位并行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)總線，就像ADI公司的部分一樣。 LMS6002DFN涵蓋300 MHz至3.8 GHz頻段，還具有12位A/D和D/A分辨率，專為新興的毫微微和微微蜂窩基站和中繼器而設(shè)計(jì)。該部分還在內(nèi)部使用差分信號(hào)技術(shù)用于所有模擬級(jí)。請(qǐng)注意，單個(gè)部分如何涵蓋WCDMA，HSPA，LTE，GSM，CDMA2000和IEEE 802.16x無(wú)線電，所有這些都在軟件控制之下。

這部分的一個(gè)特別好的特性是它的雙獨(dú)立合成器可實(shí)現(xiàn)全雙工操作。此外，兩個(gè)發(fā)送器輸出和三個(gè)接收器輸入可以同時(shí)激活。這允許同時(shí)支持不同的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。

另一個(gè)很好的特性是它的兩級(jí)TX增益控制（圖3A）; IF部分的一個(gè)階段，RF部分的另一個(gè)階段。單個(gè)控制字控制I和Q分支。以類似的方式，輸入側(cè)還有三級(jí)增益控制（圖3B）。主LNA通過(guò)一個(gè)6位控制字進(jìn)行精細(xì)增益控制，分辨率為±6 dB。 AGC上的1 dB步長(zhǎng)可以減少為通道過(guò)濾做準(zhǔn)備的增益。

用于LMS6002多功能RF收發(fā)器的Lime Microsystems產(chǎn)品培訓(xùn)模塊可在Digi-Key網(wǎng)站上獲得。此外，該部件由Lime的MYRIADRF-1開(kāi)發(fā)套件提供支持，該開(kāi)發(fā)套件基于靈活的多標(biāo)準(zhǔn)LMS6002收發(fā)器和Altera FPGA模塊。

圖3A：靈活的可編程 - 增益TX級(jí)利用兩個(gè)獨(dú)立的可編程增益放大器。

圖3B：三個(gè)增益控制級(jí)提供輸入信號(hào)調(diào)理的靈活性，包括旁路能力（0 dB）損失）低通濾波器。

其他解決方案

除了專門設(shè)計(jì)用于SDR功能的部件外，具有大量資源，外設(shè)和處理能力的高端通用部件也可用作軟件定義無(wú)線電的主機(jī)。其中一個(gè)例子來(lái)自德州儀器（TI）及其TMS320DM6446AZWT高性能通用DSP。這是一個(gè)真正的片上系統(tǒng)，因?yàn)?61 BGA數(shù)字媒體IC包含兩個(gè)內(nèi)核，一個(gè)297 MHz的高端ARM926時(shí)鐘，以及一個(gè)594 MHz的專用TMS320C64x + DSP內(nèi)核。

作為公司的一部分DaVinci系列，這部分包括視頻，網(wǎng)絡(luò)，圖形控制，混合信號(hào)，智能卡，音頻，ATA和Flash接口，USB和DDR內(nèi)存控制，僅舉幾個(gè)長(zhǎng)篇功能列表。

使用該設(shè)備的TMS320C64定點(diǎn)DSP部分允許所有現(xiàn)有的濾波器，調(diào)制器，解調(diào)器和其他信號(hào)處理算法與數(shù)字端同時(shí)運(yùn)行。在內(nèi)部，獨(dú)立DSP具有自己的存儲(chǔ)器資源和高速緩存，以提高性能并最小化ARM/DSP交互。 TI擁有豐富的設(shè)計(jì)工具，應(yīng)用筆記和培訓(xùn)材料，可幫助工程師快速掌握如此復(fù)雜的部件。一個(gè)例子是TMDSEVM642評(píng)估模塊，它支持C6000，DaVinci和VelociT1.2系列處理器。

總結(jié)

無(wú)需大量數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的RF通信和控制方法個(gè)別設(shè)備。雖然仍處于細(xì)化的早期階段，但是有足夠的軟件定義無(wú)線電示例來(lái)展示這種方法的靈活性和能力，并且它只會(huì)變得更好。在最純粹的形式，以及未來(lái)的某個(gè)時(shí)候，SDR接收器可能只是一個(gè)連接到天線的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。所有過(guò)濾和信號(hào)檢測(cè)都可以在數(shù)字域中進(jìn)行，可能在普通的個(gè)人計(jì)算機(jī)，智能手機(jī)，平板電腦，筆記本電腦或可穿戴計(jì)算機(jī)中進(jìn)行。