完善的平台、成熟的工具加速SDR探索与开发

2013-11-20 18:16:10来源: EEWORLD

    总结: 一对集成式、单电路板、通用软件无线电外设平台可实现70 MHz至6 GHz的连续频率覆盖,同时支持强大的设计和评估工具。

    软件定义无线电(SDR)是一种日益切实可行和重要的通信系统。原则上,它允许单个硬件设计支持多种格式、协议和频率之间的通信,包括GSM基站、LTE基站、MIMO设计等。

   基本SDR架构看上去相对简单(或者至少从原理图上看是这样),直接将放大后的RF信号数字化,无需下变频和使用本地振荡器,或者通过任何由硬件驱动的调谐,然后采用不同算法对结果数字化处理。然而,对于想要探索SDR潜力、评估其适用性,甚至开发他们自有应用的硬件和软件工程师而言,有一个挑战:将所有的硬件和软件准备就绪是极为困难的。在带宽、动态范围、位数和其他性能参数方面,对模拟信号链元件的要求非常严格。

    在模拟前端(AFE)中叠加分立通道以支持最宽的目标RF频谱的需要——范围可从100 MHz左右扩展到数GHz——使提供SDR平台的能力变得更为复杂。因此,电路板空间的元器件成本、器件数目、功耗以及部署宽带SDR的成本可能会超过SDR带来的任何潜在优势。另外,仅有基本的开发硬件和软件,而无适当的工具与支持是不够的。

    一款模拟IC改变现状

    这些便是Ettus Research™——一家具有SDR领域逾十年领先经验的企业——着手设计通用软件无线电外设(USRP™)时所面对的问题;该产品是一款完全集成式直接转换收发器,可配置为多种格式、协议或频率。其目的是面向低成本市场设计一款高效率、高性价比、易于使用的器件。

    他们还希望支持MIMO(多路输入/多路输出),这种高级技术目前正越来越受关注,可作为提升性能、获得更高数据速率和更低误比特率的途径。他们面对的主要硬件挑战是满足单芯片、宽带、高性能信号链的前端要求,因为将频谱重叠AFE通道并联连接使用会让设计过于复杂,且成本太高。

    幸运的是,Ettus的需求与RF IC可提供的特性正巧相吻合,这款器件便是ADI公司的AD9361 RF捷变收发器;该器件针对此SDR的要求而量身定制,尺寸为10 mm × 10 mm,集成双独立通道(如图1所示),具有200 kHz至56 MHz用户可调谐RF带宽,以及12位分辨率,另外还有构建70 MHz至6 GHz信号链所需的其他特性与性能。使用该器件可将整个AFE浓缩在相对简单的单个电路中。

图1: ADI的AD9361针对灵活SDR设计中的用户可调谐宽带、低噪声而优化。

    其最终的SDR设计产生两款密切相关的产品:基础B200 1×1通道和B210 2×2通道(用于MIMO应用)USRP平台(见图2),它们易于使用,并由强健的软件生态系统提供支持,采用丰富的C++ API设计。每个单元均包括一个开放可重编程Spartan6 FPGA用于数据处理,以及一个SuperSpeed USB 3.0端口用于连接。图3请注意,AD9361具有极高的性价比,可以同时应用于1×1和2×2设计;1×1设计只是不提供针对第二通道的额外支持。
  


  图2和图3: USRP B210(左)和B200(右)提供低成本SDR实验平台,是完全集成的单电路板通用软件无线电外设,连续频率覆盖范围为70 MHz至6 GHz。

    这些完全集成的直接变频收发器可配置为FM和TV广播接收信号的实验和评估、采用OpenBTS进行GSM基站原型制作、使用GNU无线电GPS、WiFi、ISM等进行开发。提供USRP Hardware Driver™,简化GNURadio的软件原型制作,并让用户参与开源SDR社区。

    在本设计中使用AD9361的另一个优势,是可获得操作灵活性。关键参数(如增益和带宽)未事先在硬件设计阶段固定,而是通过SPI端口接口,使用软件和处理器设置,甚至即时更改。这可让算法针对特定的频段、带宽、SNR和目标格式优化硬件性能,同时无需对并非最优的权衡取舍作出让步。

    USRP B200实时系统吞吐率基准值为61.44MS/s(正交调制),对主机PC而言具有最高56 MHz的瞬时RF带宽,以便使用GNURadio SDR设计环境进一步处理。为UHD(USRP硬件驱动程序)软件提供完全支持可允许现有设计代码的无缝重新使用,从而用户可即刻着手GNU无线电的开发,并采用OpenBTS为其自有GSM基站进行原型制作,同时将B200代码轻松转移到性能更佳且为业界所支持的USRP平台。

    极大地挖掘SDR的潜力

    在概念上提出软件定义无线电的优势是一回事,而事实上SDR则远为强大。为了更清楚地演示这一点,Ettus Research应用工程师Balint Seeber最近让一台B200单元和笔记本电脑昼夜不停地运行一周,探索旧金山地区。

    此处提供有关他的一段详细采访。在采访中,他披露了很多有趣的信号和隐秘世界详情。

    与过去的探索者专注地理细节不同,Balint的这次旅行专注其周遭的RF环境。

    长久以来,SDR是吸引很多设计人员的神秘领域,这些设计人员希望完全了解SDR能为他们的一系列不同应用带来何种好处。Ettus公司的B200和B210产品采用高度集成、极致带宽RF捷变收发器IC(如AD9361),有了这些产品,工程师便可探索并利用SDR,从而揭开其神秘面纱,并提升这项技术的吸引力。

    Ettus Research、USRP和USRP硬件驱动程序为National Instruments公司的注册商标。文中提及的其它产品和公司名称均是各自公司的商标或商品名称。

关键字:软件无线电

编辑:冯超 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1120/article_20982.html
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