新一代軍用通信系統(tǒng)挑戰(zhàn)

Wyatt Taylor ADI公司航空航天和防務系統(tǒng)工程師負責人

自越南戰(zhàn)爭以來，軍用通信(MILCOM)一直是士兵裝備部署的支柱。雖然數(shù)十年來，這些裝備的功能和安全性均已通過實踐驗證，但新一代MILCOM平臺將需要利用更多現(xiàn)代通信技術，這些技術開發(fā)用于支持手機和Wi-Fi等商用平臺。MILCOM系統(tǒng)通常是具有按鍵通話(PTT)按鈕的手持式裝備（對講機），用戶可在需要傳遞語音消息時按下按鍵。當PTT按鍵未按下時，可從另一個對講機接收傳入的語音消息。兩個無線電之間傳遞的語音消息在兩名士兵之間以無線方式調(diào)制、加密、放大和傳輸。這些MILCOM對講機與商用手機或通信系統(tǒng)之間存在許多差異，表1僅列出少數(shù)一部分。

集成模擬、數(shù)字和軟件

新一代MILCOM平臺所面臨的挑戰(zhàn)，就是維持這些關鍵差異，同時要縮小軍用通信系統(tǒng)與商用通信系統(tǒng)間的一些差距。這些MILCOM平臺需要對僅支持語音的系統(tǒng)進行更改，添加數(shù)據(jù)和文本功能。從而能夠?qū)⒅T如地圖、圖像和視頻之類的數(shù)據(jù)傳遞給戰(zhàn)場上的士兵。更寬的帶寬會帶來無線電平臺難題，主要與尺寸、重量和功耗(SWaP)相關。MILCOM平臺使用的傳統(tǒng)射頻(RF)信號鏈需要消耗更多功率才能擴展到更寬的帶寬以及數(shù)字調(diào)制方案，并且還會增加尺寸和重量。對士兵來說，增加通訊裝置的尺寸、重量和功耗是不可接受的，他們需要更小巧、功能更強的無線電裝置，可在最小電池電量下為長時間任務持續(xù)供電。因此，新一代MILCOM平臺需要使用新的RF信號鏈架構。小尺寸無線電設計的一次革命是集成式RF收發(fā)器。集成式收發(fā)器通過多種方式實現(xiàn)無線電分區(qū)，減小了尺寸和功耗。首先，RF和模擬器件可以 轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，例如RF濾波器可轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字濾波器。這些功能模塊的數(shù)字實現(xiàn)比相應的RF模塊更高效，并且可編程性更強。其次，分立式RF信號鏈通常為外差架構，需要多層頻率轉(zhuǎn)換、濾波、放大和數(shù)字采樣。集成式收發(fā)器可采用零中頻(ZIF)架構，大大減少了信號鏈中所需的元件，特別是所需的濾波和放大級。去除這些級可減小尺寸和功耗。最后，ZIF架構可更有效地利用數(shù)字轉(zhuǎn)換器，從而降低寬帶系統(tǒng)中的整體功耗。雖然在過去十年里，商用平臺能夠充分利用ZIF收發(fā)器，但是具有MILCOM適用特性的首批產(chǎn)品近幾年才上市?？捎糜贛ILCOM系統(tǒng)的最新收發(fā)器是ADRV9009（如圖1所示）。

ADRV9009是一款CMOS收發(fā)器，具有多個MILCOM適用特性。首先，該器件是原生時間雙工器件(TDD)，這是PTT架構的典型工作方式，與內(nèi)帶兩個本地振蕩器(LO)的器件相比，可節(jié)省功耗。其次，從頻率生成和校準兩方面來看，集成LO支持收發(fā)器中的本地跳頻。第三，ADRV9009的可用帶寬可在20 MHz和200 MHz之間編程設置，支持一系列寬帶寬工作模式。第四，ADRV9009是一個與波形無關的收發(fā)器，這意味著它可以提供任何波形的RF至比特流。因此ADRV9009既支持當今可用的各種波形，也支持將來有可能開發(fā)的波形。最后，ADRV9009還將多個輔助功能集成到收發(fā)器中。自動增益控制(AGC)對于優(yōu)化接收器動態(tài)范圍至關重要，ADRV9009具有30 dB范圍的內(nèi)部AGC環(huán)路。該器件還集成了溫度傳感器、控制轉(zhuǎn)換器和通用輸出(GPO)，節(jié)省了無線電系統(tǒng)的空間。

現(xiàn)代化防務通信系統(tǒng)是一項挑戰(zhàn)，需要進行一系列跨學科工程技術創(chuàng)新。然而，對于無線電電路的主干來說，集成式收發(fā)器在提供單芯片解決方案方面取得了很大進展，這類方案將集成大部分的接收器和發(fā)送器信號鏈，同時保持跳頻、AGC和升級支持未來波形的能力。以這類收發(fā)器作為無線電的核心構建模塊，將有助于實現(xiàn)新一代MILCOM無線電系統(tǒng)。

作者簡介

Wyatt Taylor是ADI公司（美國北卡羅來納州格林斯博羅）的高級射頻系統(tǒng)工程師。他主要從事航空航天和防務無線電應用研發(fā)工作，具體側(cè)重點是集成式射頻收發(fā)器、小型微波設計、軟件定義無線電(SDR)等。在此之前，Wyatt曾在馬里蘭州的Thales Communications公司和Digital ReceiverTechnology公司擔任射頻設計工程師。Wyatt于2005年和2006年分別獲得弗吉尼亞州布萊克斯堡弗吉尼亞理工學院電子工程學士(BSEE)學位和電子工程碩士(MSEE)學位。聯(lián)系方式：wyatt.taylor@analog.com。