軟件無線電能不能成為開放無線電

　　軟件無線電 （SDR） 這個“抱怨的老兵”在充滿灰塵的休息室里對未來躍躍欲試。在這個大時代，除了戰(zhàn)場無線電、電子對抗和蜂窩小區(qū)基站外，它還在等待從其他領(lǐng)域大獲成功的機(jī)會。而射頻 （RF） 半導(dǎo)體和計算加速技術(shù)的不斷發(fā)展極大的降低了 SDR 硬件成本，簡化了相應(yīng)的軟件實施，以更低的價格開辟了新應(yīng)用。機(jī)遇來自當(dāng)前的下一個大事件 — 物聯(lián)網(wǎng) （IoT），以及發(fā)展中國家的低成本重新配置無線電，還有發(fā)燒友的開放平臺等。發(fā)展的焦點是 SDR 體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵成本點。進(jìn)行討論的一種方法是了解大部分 SDR 實現(xiàn)有哪些相同的部分，技術(shù)變革是怎樣影響它們的。深入基帶從最終用戶的角度看，SDR 系統(tǒng)的主要模塊是可編程基帶處理器。要理解整個概念實際上是從這一模塊開始的。在其中，計算電路完成的功能包括，把輸出數(shù)據(jù)變換成基帶頻率范圍內(nèi)的調(diào)制波形，把輸入的數(shù)字化基帶波形變換為接收數(shù)據(jù)。 SDR 概念很簡單：如果您只是處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，那么在數(shù)字信號處理器 （DSP） 等可編程處理器而不是固定硬件上完成這一工作。然后，您可以通過修改在處理器上執(zhí)行的軟件，來修改濾波器、調(diào)制方法、糾錯算法，以及數(shù)據(jù)包或者數(shù)據(jù)流協(xié)議。這是一個很強(qiáng)大的概念，但確實有些樂觀了。能夠滿足復(fù)雜的算法、數(shù)據(jù)速率和基帶頻率要求的可編程引擎必須非常強(qiáng)大：例如，最快的 DSP 芯片，或者高端 FPGA。這實際上限制了基帶處理器的成本，無法發(fā)揮其可移植性和易于編程的優(yōu)勢。深入 RF 基帶處理器并不是 SDR 概念中唯一的難題。信號鏈的下一環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：發(fā)送器的數(shù)模轉(zhuǎn)換，以及接收器的模數(shù)轉(zhuǎn)換，還有相應(yīng)的模擬濾波器。那么，必須要有上下轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)信號在基帶和 RF 之間的轉(zhuǎn)換，還要有濾波器和放大器：發(fā)送側(cè)的預(yù)驅(qū)動電路，當(dāng)然還有接收側(cè)的低噪聲放大器 （LNA）。最后是采用不同工藝技術(shù)的獨立組件：功率放大器 （PA）、天線放大器，以及天線開關(guān)等。這些 RF 模擬和混合信號組件的問題在于它們本質(zhì)上不是可編程的 — 傳統(tǒng)上是采用固定功能 RF 模擬組件實現(xiàn)的。雖然您可以通過修改軟件來改變 SDR 的基帶功能，但是改變載波頻率或者射頻帶寬意味著完全改變或者復(fù)制硬件組件。聰明的設(shè)計人員想出了解決方法 — 可調(diào)振蕩器、可調(diào)濾波器和增益可調(diào)放大器，通過負(fù)載寄存器來調(diào)整它們，從而管理模擬通路。但是這些方法起到的作用有限 — 要滿足大范圍可調(diào)模擬組件的帶寬和線性度要求，必須付出很大的成本和功耗。因此，多頻段、連續(xù)可調(diào)SDR會需要多組RF信號通路，包括從本地振蕩器直至天線的所有通路。在很多潛在的大批量應(yīng)用中，這種限制帶來了成本、體積和功耗問題。對于認(rèn)知無線電等某些特殊應(yīng)用，信號會出現(xiàn)在寬帶頻譜的任意位置，無法滿足多個 RF 鏈的需求。雖然面臨很大的基帶計算負(fù)載和多個 RF 收發(fā)器難題，但 SDR 顯然能很好的工作。它用在發(fā)達(dá)國家的高端軍事和應(yīng)急響應(yīng)應(yīng)用中，否則就要采用填滿了各種單一功能無線電設(shè)備的機(jī)箱或者機(jī)架。它還用在商業(yè)應(yīng)用中，這類應(yīng)用的協(xié)議、調(diào)制和頻帶的組合是有限的，而且是事先知道的。而其他領(lǐng)域的應(yīng)用機(jī)會還有待挖掘。