兩種軟件無線電的硬件架構簡述

對于世界各地的許多人、企業(yè)和組織來說，無線電通信是日常生活的重要組成部分，從廣播和電視廣播到移動蜂窩網(wǎng)絡、專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡到應急服務通信、空中交通管制、導航系統(tǒng)以及許多其他技術。

蜂窩和專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡處于這一領域創(chuàng)新的前沿，正朝著更高的數(shù)據(jù)速率、更強大的安全性和可靠性、更高的移動性、更低的延遲以及為不斷增加的用戶密度提供服務的方向發(fā)展。

為實現(xiàn)這些各種性能改進而快速發(fā)展的無線電標準，以及不斷發(fā)展的用例和動態(tài)訪問無線電頻譜的新范式，意味著無線電設備必須在現(xiàn)場不斷升級，并在操作上更加靈活?？偟膩碚f，這些要求使軟件定義無線電(Software Defined Radio，SDR)成為自然的解決方案。

SDR是一種無線電廣播通信技術，它基于軟件定義的無線通信協(xié)議而非通過硬連線實現(xiàn)。頻帶、空中接口協(xié)議和功能可通過軟件下載和更新來升級，而不用完全更換硬件。恰如其名，SDR具有通過軟件或可重定義邏輯改變自身功能的能力，從而通過動態(tài)加載新的波形和協(xié)議可使用不同的波形和協(xié)議操作。

傳統(tǒng)的商用基站體積較大，需要設計很多專用的硬件電路；而SDR基站體積較小，大部分通信功能由軟件實現(xiàn)。SDR架構舍去了傳統(tǒng)無線電電路中所有硬件單元包括變頻、混頻、濾波器、放大器、檢波器、解調(diào)器等，完全是一種新的架構和技術。

SDR技術在軍用和商用無線電領域早已廣泛使用。隨著通信技術的快速發(fā)展，更輕松、更靈活地對通信設備進行測試和測量變得越來越重要，尤其是在軍事應用中。基于軟件定義無線電技術的測試設備為推進這些通信提供了成本效益、靈活性和能力。

ZYNQ+AD9361

ZYNQ+AD9361是一種基于Xilinx Zynq FPGA和ADI公司的AD9361 RF捷變收發(fā)器的開源SDR硬件平臺。Zynq FPGA集成了ARM處理器和FPGA邏輯，可以實現(xiàn)高性能的數(shù)字信號處理。AD9361是一種高度集成的RF捷變收發(fā)器，能夠在70 MHz至6 GHz 的頻率范圍內(nèi)工作，支持多種調(diào)制方式。

通過將Zynq FPGA和AD9361 RF捷變收發(fā)器相結合，可以實現(xiàn)一個完整的 SDR系統(tǒng)。Zynq FPGA 可以用來實現(xiàn)數(shù)字下變頻、數(shù)字上變頻、信道濾波、解調(diào)和調(diào)制等數(shù)字信號處理功能。

AD9361 RF捷變收發(fā)器負責將射頻信號轉(zhuǎn)換為中頻或基帶信號，以便進行數(shù)字信號處理，也負責將處理后的基帶或中頻信號轉(zhuǎn)換為射頻信號并發(fā)送出去。信號處理采用正交調(diào)制和解調(diào)將信號分為同相分量（I路）和正交分量（Q路）分別調(diào)制，再疊加在一起發(fā)送；接收時將I/Q混合信號分離后，再解調(diào)處理。

Zynq FPGA 和AD9361 RF 捷變收發(fā)器之間通常通過LVDS接口連接。Zynq FPGA可以通過AXI接口與ARM處理器進行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和控制。ARM 處理器可以運行嵌入式操作系統(tǒng)，如Linux或FreeRTOS，用于實現(xiàn)上層協(xié)議棧和應用程序。

Zynq UltraScale+ RFSoC平臺

使用Zynq UltraScale+ RFSoC平臺(以下簡稱為“RFSoC”)是專門針對射頻(RF)應用的片上系統(tǒng)(SoC)。RFSoC是AMD(前身為Xilinx，于2022年被AMD收購)開發(fā)的第三個主要Zynq SoC，第一個是2010年初的Zynq-7000 SoC，Y也就是上面架構中使用的ZYNQ。這里的Zynq UltraScale+多處理器SoC (MPSoC)先于RFSoC，除了無線電的特定功能外，它與MPSoc幾乎一樣。

所有三種SoC類型都由用于運行軟件的處理系統(tǒng)(PS)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的可編程邏輯(PL)以及兩部分之間的高速互連等部分組成。RFSoC器件架構的如圖所示。請注意PS和PL部分，特別是PL包含一些對SDR應用特別重要的突出顯示功能。

方案對比

可以看出，ZYNQ+AD9361是一種低成本的方案，而Zynq UltraScale+ RFSoC平臺則相對高很多，但是無論PS還是PL的性能都是有很大的提升。另外一種折中的方式便是MPSoc+AD9361。

本文的截圖來自AMD出品的《Software Define Radio with Zynq UltraScale+ RFSoC》，你可以到AMD官網(wǎng)下載。

審核編輯：湯梓紅