處理收發(fā)器 - 了解軟件無(wú)線電成為開(kāi)放無(wú)線電所需

軟件定義基帶也有解決方案 — 足以支持系統(tǒng)規(guī)劃人員靈活的處理設(shè)計(jì)投入和功能范圍的關(guān)系。而收發(fā)器問(wèn)題仍然很關(guān)鍵：如果每一個(gè)要覆蓋的頻帶都需要單獨(dú)的 RF 信號(hào)鏈，那就無(wú)法實(shí)現(xiàn)低成本。

理想情況下，天線和基帶接口之間兩個(gè)方向的整條信號(hào)通路帶寬非常大，在整個(gè)范圍內(nèi)也是線性的，那么，設(shè)計(jì)人員只需要設(shè)置本地振蕩器驅(qū)動(dòng)合成器，調(diào)節(jié)幾個(gè) RF 濾波器參數(shù)，獲得所需的選擇功能，就可以選擇要覆蓋的任意窗口。這雖然還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，但是也不遠(yuǎn)了。

Bushehri 仿真了必須要考慮的關(guān)鍵信號(hào)通路組件 (圖2)。在發(fā)送側(cè)，有基帶數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)、增益可調(diào)放大器 (VGA)、可調(diào)低通濾波器、輔助鎖相環(huán) (PLL)和本地振蕩器合成寬帶功能，以及第二個(gè) VGA、PA、天線開(kāi)關(guān)等。對(duì)于大部分調(diào)制方法，合成器的所有組成都必須是同樣復(fù)制的：一條通路用于同相 (I)，一條通路用于正交 (Q)信號(hào)。在接收通路上，天線開(kāi)關(guān)后面是 RF 濾波器、LNA、合成器組件，然后是包括了 VGA 的 I 和 Q 通路、低通濾波器，以及 ADC。

在用途不變的設(shè)計(jì)中，會(huì)圍繞設(shè)計(jì)目的來(lái)優(yōu)化這些通路的每一單元。您同樣也可以對(duì) SDR 進(jìn)行優(yōu)化，旨在使其能夠應(yīng)用在密切相關(guān)的頻率和調(diào)制方案中。但是一個(gè)開(kāi)放 SDR 設(shè)計(jì)要適應(yīng)任何應(yīng)用環(huán)境，對(duì) RF 硬件提出了很高的要求。

Bushehri 說(shuō)，好在 CMOS RF 工藝不斷進(jìn)步，數(shù)字輔助模擬和 RF 設(shè)計(jì)越來(lái)越成熟，逐漸能夠滿足這些要求。他指出，例如最近發(fā)布的 Lime 器件 —；LMS7002M 現(xiàn)場(chǎng)可編程RF收發(fā)器 IC。該器件是 65 nm RF CMOS 芯片，為 2 x 2 多輸入多輸出 (MIMO)軟件定義收發(fā)器提供大部分 50 MHz 至 3.8 GHz 信號(hào)通路 (圖1)。

圖1. 新的現(xiàn)場(chǎng)可配置RF/基帶收發(fā)器IC支持對(duì)載波頻率、帶寬和濾波器特征參數(shù)進(jìn)行在電路設(shè)置。

對(duì)每一個(gè)模塊的需求是明確的。PLL、合成器、RF VGA 和 LNA 必須在整個(gè) 3.75 GHz 頻帶內(nèi)保持平坦和低噪聲，必須有足夠的線性度來(lái)支持包括多載波工作在內(nèi)的使用模型。Bushehri 認(rèn)為，“電路設(shè)計(jì)非常難”。一方面，即使采用先進(jìn)的工藝技術(shù)，有很好的設(shè)計(jì)技巧，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)一個(gè)寬帶組件。芯片使用多個(gè)壓控振蕩器來(lái)覆蓋頻率范圍，而發(fā)送和接收分別只有一個(gè) PLL 。

工作在基帶頻率的收發(fā)器設(shè)計(jì)部分也同樣非常重要。為支持 Lime 能夠達(dá)到的應(yīng)用范圍，片內(nèi)基帶模塊 — 轉(zhuǎn)換器、VGA 和可編程濾波器，必須支持從 100 kHz 至 108 MHz 的帶寬范圍。這對(duì)于可編程低通濾波器和 12 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器并非可有可無(wú)，特別是您增加了低功耗需求的情況。

一些其他應(yīng)用場(chǎng)景也擴(kuò)展了芯片范圍?？梢耘月反蟛糠止δ苣K，因此，設(shè)計(jì)人員如果需要可以替換更專用的外部組件。Lime 還在基帶通路的數(shù)字端集成了乘法累加器模塊，從基帶數(shù)字硬件中卸載高性能數(shù)字濾波器。芯片包括集成 8051 MCU 內(nèi)核，在控制軟件和內(nèi)部寄存器之間實(shí)現(xiàn)抽象功能。

外部組件

寬帶可編程收發(fā)器解決了很多設(shè)計(jì)難題。但是還有 RF 天線濾波器、開(kāi)關(guān)和 PA 等未解決的問(wèn)題。對(duì)于這些，最明顯的問(wèn)題是 PA。但是 Bushehri 說(shuō)，有商用寬帶 PA 符合收發(fā)器的帶寬要求，或者對(duì)于更特殊的應(yīng)用，芯片提供了多路驅(qū)動(dòng)輸出，因此，用戶可以把多個(gè) PA 調(diào)整連接到不同的頻帶。

還有能夠達(dá)到 3.8 GHz 的天線開(kāi)關(guān)，其插入損耗和隔離度指標(biāo)都符合要求。這樣，用戶面臨的主要難題是通過(guò)可調(diào)RF濾波器獲得所需的接收器選擇功能。

可編程基帶處理器和 DSP 加速功能，可編程 RF 信號(hào)通路，仔細(xì)的選擇外部組件，這些因素組合起來(lái)能夠以合理的成本，在較小的電路板上實(shí)現(xiàn)非常靈活的 SDR。這為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了很多他們感興趣的機(jī)會(huì)。

至少，技術(shù)進(jìn)步使得生產(chǎn)商能夠通過(guò)一個(gè)硬件設(shè)計(jì)，提供幾種型號(hào)產(chǎn)品服務(wù)于很多無(wú)線市場(chǎng) — 在各類 IoT 中。他們更感興趣的是，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員可以開(kāi)發(fā)一個(gè)機(jī)箱 — 微微小區(qū)或者空白收發(fā)器，迅速對(duì)其初始化，適應(yīng)各種已知的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

另一方面，技術(shù)不斷進(jìn)步，認(rèn)知無(wú)線電完成所有功能 — 能夠掃描、解釋并響應(yīng)寬譜信號(hào)，發(fā)展中國(guó)家的應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)和服務(wù)提供商也用得起認(rèn)知無(wú)線電，這些國(guó)家可能完全沒(méi)有基礎(chǔ)設(shè)施，資源非常昂貴，但是要求遠(yuǎn)程位置服務(wù)。這類功能可能會(huì)從根本上改變發(fā)展中國(guó)家的游戲規(guī)則。

而且，較低的價(jià)格點(diǎn)也將為認(rèn)知無(wú)線電打開(kāi)廣闊的發(fā)燒友市場(chǎng)。這不但使設(shè)計(jì)人員更熟悉概念，還會(huì)促進(jìn)從業(yè)余無(wú)線電直至嵌入式計(jì)算和機(jī)器人等開(kāi)放系統(tǒng)的創(chuàng)新，改進(jìn)已有的技術(shù)。認(rèn)知無(wú)線電開(kāi)放社區(qū)雖然才剛剛興起，但是潛力巨大。