系統(tǒng)解讀無(wú)線(xiàn)通信之SDR和CR

　　美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體(現(xiàn)在是德州儀器)最近發(fā)布的ADC12Dxx00RF的采樣速率可以達(dá)到3.6 Gsamples/s(請(qǐng)參見(jiàn)www.electronicdesign.com網(wǎng)站上的“ADCs Sample RF Directly”一文)。這款雙通道12位ADC可與時(shí)鐘相移配合使用，實(shí)現(xiàn)交叉或交替通道采樣，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更快的轉(zhuǎn)換。DAC采樣速率正緊跟這種趨勢(shì)。

　　快速轉(zhuǎn)換必不可少，而DSP也必須足夠快才能夠跟得上這種速度。由于大多數(shù)處理器都能夠輕松地跟上這種速度，因此這不是問(wèn)題。當(dāng)然，雖然軟件定義無(wú)線(xiàn)電是軟件，但仍然需要以多種形式實(shí)現(xiàn)的硬件。

　　比如，你可以編寫(xiě)在通用處理器(GPP)上運(yùn)行的程序。由于某些算法需要在大多數(shù)GPP上難以處理的數(shù)學(xué)程序，因此這可能不是一個(gè)最佳方案。不過(guò)，大多數(shù)PC中使用的英特爾(Intel)或AMD雙核處理器如今在某些應(yīng)用中表現(xiàn)非常出色。某些GPP還有一些特殊指令，比如DSP算法中常用的乘和累加函數(shù)。

　　你還可以使用專(zhuān)為處理信號(hào)處理代碼而設(shè)計(jì)的DSP。這種DSP擁有特別的架構(gòu)(通常是Harvard架構(gòu))、內(nèi)存以及可以提高DSP的處理速度的算術(shù)邏輯單元(ALU)指令集。

　　德州儀器(TI)的C5000和C6000等暢銷(xiāo)DSP系列已經(jīng)在業(yè)界使用了多年。ADI和飛思卡爾(Freescale)也有通用DSP產(chǎn)品。就像處理器一樣，DSP是完全可編程器件，因此它們?cè)趯?lái)可能需要更改、增加和更新的應(yīng)用中具有極高的靈活性。如今，時(shí)鐘頻率高達(dá)1GHz的DSP非常普遍。

　　越來(lái)越多的軟件定義無(wú)線(xiàn)電設(shè)計(jì)正在使用FPGA。快速傅立葉變換(FFT)等信號(hào)處理算法可以縮減成數(shù)字邏輯，并且能夠在GPGA中快速實(shí)現(xiàn)。由于FPGA成本已經(jīng)穩(wěn)步下降，因此FPGA已經(jīng)成為DSP的主要替代方案。FPGA比具有某些功能的某些其它處理器更快，并且仍然具有重編程序的靈活性。Altera和賽靈思(Xilinx)公司的FPGA支持軟件定義無(wú)線(xiàn)電。

　　最后，硬邏輯在如今也非常普遍。在實(shí)現(xiàn)蜂窩無(wú)線(xiàn)電規(guī)范等固定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，靈活性或重編程序的能力并不是必不可少的。因此，可以在固定的片上邏輯中實(shí)現(xiàn)各種算法。這種邏輯塊的速度更快，占用的芯片面積更少，并且可以大幅降低功耗。這種邏輯塊一般稱(chēng)為加速度計(jì)。

　　許多蜂窩手機(jī)基站IC(比如TI的TMS320TC6614系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC))就是使用加速度計(jì)的例子。圖5顯示了具有ARM GPP和四個(gè)66x通用浮點(diǎn)DSP內(nèi)核的6614。請(qǐng)注意右邊的加速度計(jì)邏輯。大多數(shù)第1層的加速度計(jì)都使用DSP算法來(lái)實(shí)現(xiàn)各種軟件定義無(wú)線(xiàn)電功能。

　　圖5：TI的TMS320TC6614是一款用于實(shí)現(xiàn)微微基站、微基站、地鐵基站和其他小型基站的片上基站IC。所有的基帶功能都在這顆芯片上進(jìn)行。RF電路為外部電路。請(qǐng)注意右邊的硬件加速度計(jì)，該加速度計(jì)采用硬連線(xiàn)邏輯加快許多DSP軟件定義無(wú)線(xiàn)電功能。

　　真正的SDR收發(fā)器

　　目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了許多用于聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)(JTRS)下的軍事應(yīng)用的軟件定義無(wú)線(xiàn)電。這個(gè)美國(guó)國(guó)防部的計(jì)劃旨在開(kāi)發(fā)一整套用于語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻的軟件定義無(wú)線(xiàn)電，從而用來(lái)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)上的自組網(wǎng)絡(luò)。此計(jì)劃從上世紀(jì)90年代末期就已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施，十多年來(lái)已經(jīng)取得了相當(dāng)快的進(jìn)展。

　　JTRS系統(tǒng)的整個(gè)基礎(chǔ)是軟件通信架構(gòu)(SCA)。這種開(kāi)放架構(gòu)的平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了硬件和軟件配合工作的方式。其中一個(gè)主要目標(biāo)是開(kāi)發(fā)可在不同硬件平臺(tái)之間全面轉(zhuǎn)換的軟件，從而使所有的軍事無(wú)線(xiàn)電都具有多功能和互操作性。

　　最近發(fā)布的最新版本SCA 2.2.2進(jìn)一步提高了程序員的能力，從而提高了軟件的靈活性和可擴(kuò)展性。SCA Next軟件有助于減小程序規(guī)模和減少測(cè)試工作。

　　軟件通信架構(gòu)沒(méi)有提供具體的認(rèn)識(shí)功能。不過(guò)在過(guò)去幾年里，美國(guó)國(guó)防高級(jí)硬件規(guī)劃局(DARPA)一直在對(duì)軟件通信架構(gòu)的認(rèn)知增強(qiáng)功能進(jìn)行測(cè)試，比如動(dòng)態(tài)頻譜接入功能，該功能有望在即將發(fā)布的下一代JTRS無(wú)線(xiàn)電中實(shí)現(xiàn)。

　　泰雷茲通信(Thales Communications)的AN/PRC-148 JTRS增強(qiáng)型多頻帶內(nèi)部/外部團(tuán)隊(duì)無(wú)線(xiàn)電覆蓋從30MHz至512MHz的所有HF、VHF和UHF軍用頻率(圖6)。功率輸出的選擇范圍為0.1W至5W。提供各種模式和波形。

　　認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電

　　認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電(CR)進(jìn)一步擴(kuò)展了SDR的定義，它包含為無(wú)線(xiàn)電提供智能的功能。無(wú)線(xiàn)創(chuàng)新論壇(Wireless Innovation Forum)將認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電定義為“通信系統(tǒng)可感知其環(huán)境和內(nèi)部狀態(tài)，并且能夠根據(jù)無(wú)線(xiàn)電工作行為和預(yù)定義的目標(biāo)作出有關(guān)該信息的決策的無(wú)線(xiàn)電。環(huán)境信息可能包含也可能不包含與通信系統(tǒng)相關(guān)的位置信息?！?/p>

　　認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電有時(shí)候也稱(chēng)為自適應(yīng)無(wú)線(xiàn)電，這種無(wú)線(xiàn)電可以通過(guò)自動(dòng)調(diào)整其行為或操作來(lái)實(shí)現(xiàn)具體的目標(biāo)。它們可以感測(cè)、了解和調(diào)整。它們具有可存儲(chǔ)用于各種不同情況的指令的內(nèi)存。借助存儲(chǔ)的有關(guān)其自身功能的知識(shí)，這些無(wú)線(xiàn)電可以進(jìn)行自行決策。

　　認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電還可以訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)庫(kù)，以獲得額外的決策智能。它通過(guò)偵聽(tīng)通道進(jìn)行感測(cè)，從而評(píng)估是否存在其他信號(hào)、其特性和噪聲背景。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電還可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)了解情況。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電借助已經(jīng)獲得或能夠訪(fǎng)問(wèn)到的所有知識(shí)而成為超級(jí)智能無(wú)線(xiàn)電。

　　發(fā)射器(TX)和接收器(RX)是具有各種適用波形和所有相關(guān)軟件定義無(wú)線(xiàn)電軟硬件的全面捷頻軟件定義無(wú)線(xiàn)電(圖7)。獨(dú)立的認(rèn)知處理器引擎運(yùn)行無(wú)線(xiàn)電的各種認(rèn)識(shí)功能。該引擎從RX和TX獲取輸入(M)，以監(jiān)控其狀況和參數(shù)。它通過(guò)這些輸入以及其他輸入進(jìn)行決策。

　　圖7：典型的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電中的發(fā)射器和接收器都是捷頻軟件定義無(wú)線(xiàn)電裝置。認(rèn)知處理器通過(guò)來(lái)自策略?xún)?nèi)存的輸入、外部數(shù)據(jù)庫(kù)和GPS位置信息(某些情況下)管理認(rèn)知過(guò)程。

　　其他輸入來(lái)自存儲(chǔ)在內(nèi)存中的策略指令，這些指令定義在不同情況下的工作方式。還可以訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)庫(kù)。一些認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電裝置通過(guò)GPS獲取位置信息。然后進(jìn)行決策，并將控制(C)發(fā)布至無(wú)線(xiàn)電，從而達(dá)到理想的結(jié)果。