• 萌萌哒童趣美食来袭 “六一”就给小朋友做这个 2019-06-20
  • 国医泰斗王凤岐:医源于酒 但须少喝“一点”杜康 一个 2019-06-20
  • 火场上的那双手,找到了! 2019-06-17
  • 雷佳音曾担任佟丽娅婚礼司仪 原因竟是不用随红包 2019-06-17
  • (Dos sesiones) Legislativo nacional de China concluye sesión anual Spanish.xinhuanet.com 2019-05-28
  • “雪龙”号完成第34次南极科考顺利归来  内部场景曝光  2019-05-11
  • 5款将上市旅行车前瞻 油耗惊人 2019-05-11
  • 昔日本土最佳中锋终破门 激活他国家队俱乐部都受益 2019-04-30
  • 不知道一改革,粮食的产量就是精神变物质了,产量上升为2000斤了小麦也亩产上千斤了,农民就吧饭吃饱了 2019-04-30
  • 学习贯彻党的十九大精神中央宣讲团宣讲活动综述 2019-04-29
  • 落实五新战略 实现追赶超越 2019-04-29
  • 以色列考古人员发现一千年前护身符 造型迷你仅1厘米 2019-04-28
  • 女大学生“裸条”借贷背后:牌照未至 巨头已各占山头 2019-04-26
  • 听听 海底的“动静” 2019-04-26
  • 铭记党报人责任和担当 2019-04-19
  • 新闻中心

    欢乐升级网页版 > 模拟技术 > 新品快递 > SDR提高了RF通信的灵活性

    欢乐升级下载安卓:SDR提高了RF通信的灵活性

    作者:贸泽电子Simon Holt时间:2019-03-20来源:电子产品世界收藏

    欢乐升级网页版 www.rqcx.net   摘要

    本文引用地址://www.rqcx.net/article/201903/398671.htm

      软件定义无线电()代表了一种对传统射频()设计技术的突破。原有的传统系统只能提供固定的功能,而且包含的功能也非常有限。通过灵活的前端和高性能数字硬件,开发人员可以利用新技术从无线频谱中获取更多容量,并构建高度差异化的系统。工程师可以用构建抗干扰能力更强的无线电系统,应用更高级的信道编码方案来提高数据速率,并可利用其他先进的技术?;鼓芄环梦拾闯绦蚩庠谀诘挠布腿砑低?,这意味着比以往任何时候都更容易获得设计经验。

      自从20多年前推出2G蜂窝网络以来,设计已经有了巨大的进步。与早期网络相比,灵活性目前是系统设计的关键要求,因为运营商和用户都希望更充分地利用可用的频谱资源。

      当第一个数字蜂窝网络推出时,终端、基站和其他射频设备的制造商只需支持每个地区有限的频段选择。而在3G出现后,终端制造商不得不考虑更大范围的频段,以便他们可以销售可在全球大多数地区使用的设备。4G和长期演进(LTE)协议的到来使可能的频段数量增加到40个以上,即将到来的5G网络将进一步提高复杂程度,但同时带来更广泛的选择,这不仅仅针对运营商许可频谱,也包括未经许可频谱。

      即使在单个移动频段内,也有许多协议可用于传输数据,Wi-Fi就是一个很好的例子。例如,它需要与越来越拥挤的2.4GHz频段中的蓝牙和许多其他协议共存。这些协议不仅在采用的二进制数据包格式方面完全相同,而且在如何将数据转换为模拟信号,再经放大并随后传输也差异不大。这其中的每个决定都会影响发射和接收子系统的设计,直到注入到传输信号流中的数据最终被解码和恢复。

      通信的关键方面是将数据信号调制到载波上。载波信号通常以比数据更新速率高得多的频率振荡,这可使信号的带宽约束在特定频率范围内。数据信号占据边带:其频率可以位于核心载波频率之上或之下,当数据信号被调制到载波上时,这些边带会包括数据信号的傅里叶分量。

      具体的调制方式可以使用各种可选方案中的一种,其中最简单的是幅度调制,这种调制已经用于最早的广播无线电。这种方法通过改变载波的强度,可以扩展信号占用的频率范围。频率调制则直接变更载波的频率,相位调制以一种特定的方式改变载波的幅度,从而改变信号的有效相位。正交幅度调制使用两个载波信号,相位角为90°,尽管两个信号在同一通道上一起传输,但因为这两个载波彼此正交,因此可以通过相干解调作为两个独立信号提取。

      原则上,可以直接利用数模转换器(DAC)创建调制信号,然后在接收链中使用模数(ADC)来恢复载波信息。此后,可以采用软件算法来分析信号,以便恢复原始数据信号。只是在最近,这种用软件进行生成和分析的数字处理技术才成为各种无线电系统的可行方法。

      传统上,由于大多数信号要求能够处理从数百MHz到GHz频域的输入,所以处理需要使用固定功能电路??悸堑紸DC和DAC无法在如此高的频率下工作,因此直接转换是不可能的。

      可以使用外差(heterodyning)等技术来为数字转换器提供更易操作的频率。外差转换可以追溯到20世纪初,它是依赖两个高频信号的组合,来产生两个处在不同频率的信号。通常,一个输出是两个频率之和,另一个是两者之差。在下变频情况下,调谐本地振荡器可以从差值信号产生中频,而频率的总和值则被过滤掉。

      尽管外差技术易于理解并且易于在模拟域中实现,但是它需要精确匹配的组件,而且这些组件需要被调谐到相对有限的输入频率范围,还需要针对特定频率范围选择合适的滤波器。虽然诸如表面声波(SAW)滤波器之类的器件可以提供强大的噪声抑制特性,有助于降低来自相邻频率信号的干扰,但是这些器件需要针对特定应用进行认真筛选,而提供的调谐能力非常有限。通常,滤波器将根据接收器的需要进行切换。为了处理更大范围的频率和信号类型,基于外差架构的传统收发器设计需要大量的分立元件和滤波器,这增加了PCB面积和总体成本。

      近年来,已经出现了许多能够增加收发器灵活性的设计技术,并且可以进行直接采样,几乎所有需要的处理都在数字域内执行 。这为工程师提供了真正的软件定义无线电功能??杀喑?a class="contentlabel" href="/news/listbylabel/label/RF">RF技术是一种构建高灵活性通信系统的方法,可以应对多种频率和协议,并可具备更高的传输效率。

      数字域处理可以改善传输信号的整体质量。例如,发送到DAC(该DAC能够生成用于本地振荡器混频的信号)的数据可以经过处理以防止不需要的DC分量泄漏到输出。更高级的应用包括复杂协议的生成和处理,例如可以使用扩频技术来提高安全性,或利用现有频谱来使其带宽最大化。

      虽然SDR仍处于早期阶段,但这种技术能够为开发认知无线电系统提供许多机会。认知无线电系统可以感知周围的使用环境,并可调整其运行以避免干扰,并最大化可用带宽。相应的协议可以动态调整通道频率、带宽和信令技术,以避免潜在的干扰。正在开始开发的其他与4G和5G相关的机会包括波束成形和多输入多输出(MIMO)天线阵列等技术,其中的 MIMO可使利用空间分集成为可能,这种技术能够提高输入信号的整体质量,可以解码来自有干扰问题的低功率信号源的数据。在传输期间,还可以使用MIMO改变通过每个天线发射的信号,目的是提高接收器成功解码的机会。通过使用更大的天线阵列,MIMO可以使用波束成形 动态地将信号转向预期的接收器。除了改善接收性能外,波束成形还减少了与其他用户可能的干扰,提高了传输安全性。

      随着大部分功能转移到软件,开发人员可以利用不断扩大的开源工具和程序库生态系统来丰富SDR开发的经验,并可针对常用的功能避免重复性的工作。像GNU Radio这样的计划能够提供现成的???,可以很容易地使设计调整到满足目标应用的需求。 GNU Radio平台具有滤波器、通道代码、同步单元、均衡器(equalisers)、解调器、声码器(vocoders)、解码器和许多其他类型的功能???,它还定义了功能??橹淞雍凸芾肀舜酥涫萘鞫姆椒?。

      在硬件方面,有效的SDR设计需要两组主要元器件。一组要在数字域中提供管理信号所需的处理能力。业界已经开发出高度并行化的微处理器和现场可编程门阵列(FPGA)器件,它们具有处理在多个MHz域中信号所需的数据吞吐量。 Xilinx已将ADC和DAC集成到其MPSoC UltraScale FPGA中,以便能够更轻松地实现SDR解决方案。更高的集成度不仅降低了PCB复杂性,也降低了功耗。传统设计使用带有JESD204串行链路的ADC和DAC将数字信号传送到FPGA和多核处理器。 UltraScale等器件中的数字FPGA内核现在包括有针对处理而优化的DSP???,例如数字混频和滤波。通常,该架构包括多个DSP???,以执行许多滤波和信号处理任务中所常见的乘法累加运算。

      FPGA阵列可以灵活地将样本信号分割以便由多个DSP??榻写?,并能够高速地将结果交织(interleave)成为输出信号??杀喑搪呒箍梢哉攵蕴厥庥τ檬迪指叨榷ㄖ苹拇?。与可编程逻辑处在同一芯片上的Arm处理器能够处理更高级别的协议,类似这种架构可支持各种数字格式,能够处理大规模MIMO等高级应用。这些系统对相位噪声比较敏感,但由于采用了更高精度的浮点运算,因而有助于克服由此噪声引起的问题。

      对于前端处理,制造商已经在利用高集成度的先进CMOS处理器功能,可以更轻松地将完整的信号下变频到适合于高速运行的ADC,当然与源的频率不同。这些器件包含前端电路,可以调节模拟域中的本地振荡器和外差过程,以满足不同信号及其中包含的通道需要。 ADI公司的AD9363就是一个例子,它可以处理325MHz~3.8GHz范围内的信号,覆盖大多数许可和未许可频段,工作频道带宽从不到200kHz到高达20MHz。每个接收子系统包括独立的自动增益控制、DC偏移校正、正交校正和数字滤波等功能,从而避免了在数字域中执行这些功能。每个通道有两个ADC将接收到的I和Q信号数字化,之后数字信号通过可配置的抽取滤波器(decimation filters)和128抽头有限脉冲响应(FIR)滤波器,产生出12位输出信号并馈入数字处理。

      针对SDR应用的开发板和套件选择越来越多,这些可为用户提供获得各种技术和经验的简便方法,它们可支持处理器、FPGA和主机的不同组合,通过前端器件(如AD9363)提供访问。这其中一个例子是ADALM-PLUTO SDR主动学习???Active Learning Module),它能够为用户提供AD9363、软件处理和可编程逻辑的组合,可用于SDR应用的开发、测试和实施。该??榫哂卸懒⒌姆⑸浜徒邮招藕?,能够以全双工模式运行。它可以采集和生成325MHz~3.8GHz的模拟信号,以高达61.44MSPS的速率将数字信号传入和传出中频信道。通过提供对于OS X、Windows和Linux的驱动支持,用户可以使该??樵诟髦旨扑闫教ㄉ显诵?。

    1553041514818037.jpg

      图1:ADI公司的ADALM-PLUTO SDR主动学习???。

      Crowd Supply Lime SDR迷你板是基于Intel MAX 10 FPGA和Lime Microsystems LMS7002M 可编程收发器组合的硬件平台。Lime SDR迷你板尽管体积很小,但已经被证明是完整LTE 4G基站设计的一部分,能够在两部手机之间传输直播视频流。

    1553041528915879.jpg

      图2:Crowd Supply Lime SDR迷你板。

      就开源硬件生态系统而言,也已经发布了许多相应的SDR开发套件,其中包括Beaglebone。KiwiSDR能够为Beaglebone处理器提供10kHz~30MHz范围的接口。为便于使用个人计算机进行快速原型设计,Hack One具有一个USB 2.0端口,并可在1MHz~6GHz之间任何频率提供高达10MHz的通道。

      针对SDR部署的开发板和套件在不断增加,由此证明这些用于通信的技术正在成为主流。现在,更多的开发人员可以利用SDR,能够在法律允许时针对为未经许可的频段,或者针对授权频段进行定制通信系统的开发。



    关键词: SDR RF

    评论

    技术专区

    关闭
  • 萌萌哒童趣美食来袭 “六一”就给小朋友做这个 2019-06-20
  • 国医泰斗王凤岐:医源于酒 但须少喝“一点”杜康 一个 2019-06-20
  • 火场上的那双手,找到了! 2019-06-17
  • 雷佳音曾担任佟丽娅婚礼司仪 原因竟是不用随红包 2019-06-17
  • (Dos sesiones) Legislativo nacional de China concluye sesión anual Spanish.xinhuanet.com 2019-05-28
  • “雪龙”号完成第34次南极科考顺利归来  内部场景曝光  2019-05-11
  • 5款将上市旅行车前瞻 油耗惊人 2019-05-11
  • 昔日本土最佳中锋终破门 激活他国家队俱乐部都受益 2019-04-30
  • 不知道一改革,粮食的产量就是精神变物质了,产量上升为2000斤了小麦也亩产上千斤了,农民就吧饭吃饱了 2019-04-30
  • 学习贯彻党的十九大精神中央宣讲团宣讲活动综述 2019-04-29
  • 落实五新战略 实现追赶超越 2019-04-29
  • 以色列考古人员发现一千年前护身符 造型迷你仅1厘米 2019-04-28
  • 女大学生“裸条”借贷背后:牌照未至 巨头已各占山头 2019-04-26
  • 听听 海底的“动静” 2019-04-26
  • 铭记党报人责任和担当 2019-04-19
  • 4场进球玩法 香港白小姐马报图 重庆快乐十分软件下载 永隆线上娱乐城 广东时时彩11选五预测 广西快乐双彩论坛 腾讯分分彩官网奖 3d试机号 电子游戏的危害 白小姐幽默笑话玄机图 买彩票软件哪个好用 最新时时彩销量排行榜 江西快3中奖规则 上海快三专家推荐号 五星组选五