高级RF收发器满足SDR应用的需求

令人惊讶、有时扑朔迷离的一系列无线标准，具有不同的频率、带宽、协议和格式，为用户带来了前所未有的连接性和访问性。但是同时，它也意味着无线系统工程师在设计或调查问题、性能和选项等过程中面临着严峻的考验。
　　解决途径似乎很明确：尽可能减少专用硬件的使用，并且以软件定义无线电（SDR）方案取而代之，以便尽可能实现与管理更多的发送和接收功能。目前市场上的高性能、低功耗处理器（包括FPGA）以及它们高速执行复杂算法的能力，使这类实时方案得以实现。
　　但该解决方案有一个现实的阻碍：很难为接收器和发送器信号路径设计宽带模拟电路。因此，大部分宽带SDR使用了一组重叠、平行的模拟通道，每通道均针对整体 频段内的特定片段优化，同时每个片段内的带宽与目标信号相匹配。虽然这种方法在技术上是可行的，但实现该技术所需的硬件、PC板面积、功耗都十分可观—— 当然还有成本。
　　这便是Epiq Solutions公司（伊利诺伊州绍姆堡镇）开发其最新SDR单元——Maveriq多通道可重配置RF收发器（见图1）——时所面临的窘况。该收发器 是一款结合了多个RF收发器，用于数据记录的内置固态硬盘（SSD），板载运行Linux的Intel x86 CPU，以及用于高速数据访问的千兆以太网接口的先进平台。它以小封装提供出色的SDR能力，并且覆盖100MHz至6GHz调谐范围。作为针对任务关键 型应用的先进、可重配置无线电系统的设计者和构建者，该公司目标是提供比现有Matchstiq SDR更强大的多通道版本产品。
　　
　　图1：Maveriq多通道可重新配置RF收发器。
　　尽 管具有先进的特性和功能，Maveriq却是一款便携式低功耗平台，而之前的解决方案都需要大量繁重的硬件配置。Maveriq结合了可立即运行的专业软 件应用库，能够即刻投入使用，解决棘手的信号处理要求。这些要求包括：扫描和解码来自基站及手机的蜂窝无线电信号；在内部硬盘（SSD）上记录宽带RF以 及RF回放信号；实现2×2多输入多输出（MIMO）波形。
　　提供新的设计方法
　　专为SDR应用量身定制的全新IC——ADI的RF捷变收发器AD9361——得以让 Epiq公司的工程师将如此多的功能封装在一个小型、低功耗单元中。Epiq CEO兼系统架构师John Orlando表示：“AD9361为我们提供了新一代SDR平台所需的RF灵活性与集成度。”
　　这款10mm×10mm芯片 级器件集成了双独立通道（如图2所示），具有200kHz至56MHz用户可调谐带宽，以及工作速率高达61.44MSPS的12位ADC与DAC，另外 还提供建立70MHz至6GHz信号链所需的其他特性与性能。用户可实时调节关键的工作参数，以便尽量匹配应用要求。使用该器件可缩小整个模拟前端（AFE）的整体尺寸，同时将这部分设计的功耗保持在1W范围内，即保持在产品功耗预算范围内。　
整个Maveriq单元（如图3所示）采用一对AD9361即可支持2×2 MIMO或4通道接收器配置，RF调谐范围为100MHz至6GHz，步进大小为1kHz，调谐时间为2ms。该单元包括：性能为1PPS的集成式GPS 接收器，支持100MB/s以上（持续）数据记录速率、容量高达1TB的内部SSD，以及与外部系统接口的千兆以太网。
　　
　　图3：Maveriq单元简化系统框图。
　　处理功能集中在运行Linux的双核Intel x86 CPU和用于信号处理任务的FPGA，连同实时可加载/可执行软件应用程序，所有这些都由针对应用定制的软件开发套件（SDK）提供支持。整个单元尺寸仅 为9.1“×6.6”×1.7“（23cm×16.7cm×4.3cm），重1.9lb（0.9kg），功耗为15W（取决于FPGA和I/O使用情 况）。
　　当然，合适的RF性能才可充分发挥处理能力。接收器的典型噪声系数低于8dB，典型IIP3为–10dBm。发送端性能参数（如带宽、调谐和速度）可补偿接收端数目，并且输出功耗为+5dBm。
　　虽然AD9361 IC是实现该设计的关键，但总能实现进一步的性能改善。某些应用要求将RF性能向下延展至20MHz及更低的范围，这超出了AD9361能够处理的范围。另外，选择可在低至20MHz工作的RF元器件（比如低噪声放大器，LNA） 同样有一定的难度，尤其是尺寸和功耗受限型设计。通常，人们会认为，低功耗处理技术的进步配合大容量存储器产品，再加上高速数字I/O和连接（全部由摩尔 定律所推动）对于小型、高性能SDR而言已经足够。而事实上，用于接收路径和发送路径的前端通道具有同等的重要性，并且，兼有模拟处理、滤波和转换的RF IC的发展不仅最大程度降低了算法的负担，同时还能实现大部分SDR的实际性能。