系统解读无线通信之SDR和CR

　　美国国家半导体(现在是德州仪器)最近发布的ADC12Dxx00RF的采样速率可以达到3.6 Gsamples/s(请参见www.electronicdesign.com网站上的“ADCs Sample RF Directly”一文)。这款双通道12位ADC可与时钟相移配合使用，实现交叉或交替通道采样，从而能够实现更快的转换。DAC采样速率正紧跟这种趋势。

　　快速转换必不可少，而DSP也必须足够快才能够跟得上这种速度。由于大多数处理器都能够轻松地跟上这种速度，因此这不是问题。当然，虽然软件定义无线电是软件，但仍然需要以多种形式实现的硬件。

　　比如，你可以编写在通用处理器(GPP)上运行的程序。由于某些算法需要在大多数GPP上难以处理的数学程序，因此这可能不是一个最佳方案。不过，大多数PC中使用的英特尔(Intel)或AMD双核处理器如今在某些应用中表现非常出色。某些GPP还有一些特殊指令，比如DSP算法中常用的乘和累加函数。

　　你还可以使用专为处理信号处理代码而设计的DSP。这种DSP拥有特别的架构(通常是Harvard架构)、内存以及可以提高DSP的处理速度的算术逻辑单元(ALU)指令集。

　　德州仪器(TI)的C5000和C6000等畅销DSP系列已经在业界使用了多年。ADI和飞思卡尔(Freescale)也有通用DSP产品。就像处理器一样，DSP是完全可编程器件，因此它们在将来可能需要更改、增加和更新的应用中具有极高的灵活性。如今，时钟频率高达1GHz的DSP非常普遍。

　　越来越多的软件定义无线电设计正在使用FPGA。快速傅立叶变换(FFT)等信号处理算法可以缩减成数字逻辑，并且能够在GPGA中快速实现。由于FPGA成本已经稳步下降，因此FPGA已经成为DSP的主要替代方案。FPGA比具有某些功能的某些其它处理器更快，并且仍然具有重编程序的灵活性。Altera和赛灵思(Xilinx)公司的FPGA支持软件定义无线电。

　　最后，硬逻辑在如今也非常普遍。在实现蜂窝无线电规范等固定标准时，灵活性或重编程序的能力并不是必不可少的。因此，可以在固定的片上逻辑中实现各种算法。这种逻辑块的速度更快，占用的芯片面积更少，并且可以大幅降低功耗。这种逻辑块一般称为加速度计。

　　许多蜂窝手机基站IC(比如TI的TMS320TC6614系统级芯片(SoC))就是使用加速度计的例子。图5显示了具有ARM GPP和四个66x通用浮点DSP内核的6614。请注意右边的加速度计逻辑。大多数第1层的加速度计都使用DSP算法来实现各种软件定义无线电功能。

　　图5：TI的TMS320TC6614是一款用于实现微微基站、微基站、地铁基站和其他小型基站的片上基站IC。所有的基带功能都在这颗芯片上进行。RF电路为外部电路。请注意右边的硬件加速度计，该加速度计采用硬连线逻辑加快许多DSP软件定义无线电功能。

　　真正的SDR收发器

　　目前已经开发出了许多用于联合战术无线电系统(JTRS)下的军事应用的软件定义无线电。这个美国国防部的计划旨在开发一整套用于语音、数据和视频的软件定义无线电，从而用来实现战场上的自组网络。此计划从上世纪90年代末期就已经开始实施，十多年来已经取得了相当快的进展。

　　JTRS系统的整个基础是软件通信架构(SCA)。这种开放架构的平台标准规定了硬件和软件配合工作的方式。其中一个主要目标是开发可在不同硬件平台之间全面转换的软件，从而使所有的军事无线电都具有多功能和互操作性。

　　最近发布的最新版本SCA 2.2.2进一步提高了程序员的能力，从而提高了软件的灵活性和可扩展性。SCA Next软件有助于减小程序规模和减少测试工作。

　　软件通信架构没有提供具体的认识功能。不过在过去几年里，美国国防高级硬件规划局(DARPA)一直在对软件通信架构的认知增强功能进行测试，比如动态频谱接入功能，该功能有望在即将发布的下一代JTRS无线电中实现。

　　泰雷兹通信(Thales Communications)的AN/PRC-148 JTRS增强型多频带内部/外部团队无线电覆盖从30MHz至512MHz的所有HF、VHF和UHF军用频率(图6)。功率输出的选择范围为0.1W至5W。提供各种模式和波形。

　　认知无线电

　　认知无线电(CR)进一步扩展了SDR的定义，它包含为无线电提供智能的功能。无线创新论坛(Wireless Innovation Forum)将认知无线电定义为“通信系统可感知其环境和内部状态，并且能够根据无线电工作行为和预定义的目标作出有关该信息的决策的无线电。环境信息可能包含也可能不包含与通信系统相关的位置信息。”

　　认知无线电有时候也称为自适应无线电，这种无线电可以通过自动调整其行为或操作来实现具体的目标。它们可以感测、了解和调整。它们具有可存储用于各种不同情况的指令的内存。借助存储的有关其自身功能的知识，这些无线电可以进行自行决策。

　　认知无线电还可以访问外部数据库，以获得额外的决策智能。它通过侦听通道进行感测，从而评估是否存在其他信号、其特性和噪声背景。认知无线电还可以根据经验来了解情况。认知无线电借助已经获得或能够访问到的所有知识而成为超级智能无线电。

　　发射器(TX)和接收器(RX)是具有各种适用波形和所有相关软件定义无线电软硬件的全面捷频软件定义无线电(图7)。独立的认知处理器引擎运行无线电的各种认识功能。该引擎从RX和TX获取输入(M)，以监控其状况和参数。它通过这些输入以及其他输入进行决策。

　　图7：典型的认知无线电中的发射器和接收器都是捷频软件定义无线电装置。认知处理器通过来自策略内存的输入、外部数据库和GPS位置信息(某些情况下)管理认知过程。

　　其他输入来自存储在内存中的策略指令，这些指令定义在不同情况下的工作方式。还可以访问外部数据库。一些认知无线电装置通过GPS获取位置信息。然后进行决策，并将控制(C)发布至无线电，从而达到理想的结果。