Программное радио (SDR) — одно из важнейших изменений в области беспроводной связи. В отличие от традиционных радиоприемников, которые полагаются на фиксированные аналоговые схемы фильтрации, микширования и модуляции, SDR передает большую часть обработки в цифровую область. Заменяя аппаратно-ориентированные функции программно-управляемыми алгоритмами, SDR обеспечивает непревзойденную гибкость, которая позволяет разработчикам расширять возможности, адаптироваться к новым протоколам и продлевать жизненный цикл системы без перепроектирования аппаратного обеспечения.
Возможность быстрой реконфигурации делает SDR незаменимым для широкого спектра приложений: от оборонных систем и аэрокосмической отрасли до инфраструктуры 5G, спутниковой связи и электронного испытательного оборудования.
Чем SDR отличается от традиционных радиосистем
В традиционных радиочастотных приемниках большая часть работы выполняется аналоговыми компонентами: смеситель преобразует входной сигнал с понижением частоты, фильтр изменяет форму спектра, а модулятор или демодулятор восстанавливает информацию. Эта аналоговая линия связи негибкая и чувствительная к шуму, и ее необходимо перепроектировать для каждого нового диапазона или стандарта.
Напротив, SDR сводит к минимуму аналоговый интерфейс — обычно только антенну и базовую схему РЧ-интерфейса (рис. 1). Входной сигнал оцифровывается аналого-цифровым преобразователем (АЦП), а тяжелая работа выполняется программным обеспечением. Модуляция, демодуляция, фильтрация каналов, коррекция ошибок и декодирование выполняются в цифровом виде. Аналогичным образом, во время передачи цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) преобразует обработанные данные обратно в радиочастотный сигнал, который также контролируется программным обеспечением.
Базовая картина процесса SDR
Рисунок 1: Базовый процесс SDR. Источник изображения: iWave Global)
Этот сдвиг открывает огромную гибкость: одно и то же радиооборудование может поддерживать Wi-Fi сегодня, 5G завтра и безопасную тактическую связь завтра — и все это с обновлениями программного обеспечения.
RFSoC: идеальная платформа для SDR
Для создания высокопроизводительного SDR требуется сверхбыстрый преобразователь, мощная структура обработки и канал передачи данных с малой задержкой. Zynq для AMD™ UltraScale+™ Семейство RFSoC отвечает этим требованиям за счет интеграции следующего оборудования:
Мультигигабитная выборка RF-ADC и RF-DAC
Программируемое логическое устройство FPGA для DSP реального времени
Встроенный манипулятор для процессора Software Control®
Высокоскоростная память и интерфейс трансивера
RFSoC объединяет несколько дискретных устройств, которые ранее требовались, в одно устройство, что значительно упрощает конструкцию печатной платы. Эта интеграция снижает энергопотребление, уменьшает задержку и улучшает целостность сигнала. Для радиочастотных приложений реального времени с очень высокой точностью синхронизации и требованиями к производительности RFSoC предлагает цельное решение со сверхнизкой задержкой и жесткой синхронизацией.
Мощность прямой радиочастотной выборки
Одним из решающих преимуществ RFSoC является его способность поддерживать несколько частот дискретизации GSPS. Его RF-АЦП может напрямую захватывать сигнал радиочастоты, а RF-DAC может генерировать сверхширокополосный выходной сигнал, и оба они не зависят от промежуточного этапа преобразования с понижением частоты.
Это позволяет сформировать «практически полностью цифровые» радиостойки, чтобы такие стандарты, как Wi-Fi 2,4 ГГц, новые радиостанции 5G с частотой около 3,5 ГГц и диапазоны сотовой связи от 800 МГц до 1,8 ГГц, можно было напрямую оцифровывать и обрабатывать. Напротив, многие готовые платформы SDR ограничены частотой дискретизации в десятки или сотни МГц и поэтому полагаются на аналоговые смесители для смещения сигнала до промежуточной частоты.
Устраняя эти аналоговые уровни, SDR на базе RFSoC обеспечивают более высокую точность, меньшую задержку и более компактную конструкцию (рис. 2).