Программно-определяемая радиосвязь (SDR) — одно из наиболее значительных изменений в области беспроводной связи. Традиционное радио использует фиксированные аналоговые схемы для фильтрации, микширования и модуляции, в то время как SDR отличается тем, что переносит большую часть работы по обработке в цифровую область. Заменив аппаратно-ориентированную функциональность алгоритмами, управляемыми программным обеспечением, SDR приобрела беспрецедентную гибкость, позволяя разработчикам обновлять функциональность, адаптироваться к новым протоколам и продлевать жизненный цикл системы без необходимости перепроектирования оборудования.
Возможность быстрой реконфигурации делает SDR незаменимым в широком спектре приложений: от оборонных систем и аэрокосмической отрасли до инфраструктуры 5G, спутниковой связи и электронного испытательного оборудования.
Каковы различия между SDR и традиционными радиосистемами
В традиционных радиочастотных приемниках большая часть работы выполняется аналоговыми компонентами: смеситель преобразует входной сигнал с понижением частоты, фильтр формирует спектр, а модулятор или демодулятор восстанавливает информацию. Эта цепочка моделирования негибкая и чувствительная к шуму, требующая перепроектирования для каждого нового диапазона частот или стандарта.
Напротив, SDR сводит к минимуму аналоговый интерфейс — обычно только антенну и базовую схему радиочастотного интерфейса (рис. 1). После того, как входной сигнал оцифрован аналого-цифровым преобразователем (АЦП), тяжелая рабочая нагрузка выполняется программным обеспечением. Модуляция, демодуляция, фильтрация каналов, коррекция ошибок и декодирование выполняются в цифровом виде. Аналогичным образом, в процессе передачи цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) преобразует обработанные данные обратно в радиочастотный сигнал, который также контролируется программными программами.
Базовая картина процесса SDR
Рисунок 1: Базовый процесс SDR. (Источник изображения: iWave Global)
Эта трансформация обеспечивает огромную гибкость: одно и то же беспроводное оборудование может поддерживать Wi-Fi сегодня, диапазоны частот 5G завтра и безопасную тактическую связь послезавтра — и все это с помощью только обновлений программного обеспечения.
RFSoC: идеальная платформа для SDR
Для создания высокопроизводительных SDR требуются сверхбыстрые преобразователи, мощные структуры обработки и каналы передачи данных с низкой задержкой. AMD Zynq™ UltraScale+™. Серия RFSoC отвечает этим требованиям за счет интеграции следующих устройств:
Мультигигабитная выборка RF-ADC и RF-DAC
Программируемое логическое устройство FPGA для DSP реального времени
Встроенный манипулятор для процессора программного управления®
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, требующих чрезвычайно высокой точности синхронизации и производительности, RFSoC может предоставить однокристальное 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 улавливать радиочастотные сигналы, а RF-DAC может генерировать сверхширокополосные выходные сигналы, не полагаясь на промежуточные этапы преобразования с понижением частоты.
Это позволяет построить «почти полностью цифровую» радиостойку, в которой такие стандарты, как Wi-Fi 2,4 ГГц, новые радиостанции 5G около 3,5 ГГц и частоты сотовой связи от 800 МГц до 1,8 ГГц, могут быть напрямую оцифрованы и обработаны. Напротив, многие существующие платформы SDR ограничены частотой дискретизации всего в несколько десятков или сотен МГц, поэтому полагаются на аналоговые смесители для смещения сигнала до промежуточных частот.