隨著世界逐漸走向無處不在的無線連接，甚至固定功能設備，如手機采用幾個不同的頻段和協議共存于一個小空間，無線設計師的工作也變得不那么容易了。現代智能手機和平板電腦可以同時收發3G/4G，（很快將是5G）語音和數據，藍牙，Wi-Fi和可能的GPS數據。支持“可穿戴”計算機和外圍設備的新興個人區域網絡將為已經重大通信的設計增加更多的RF責任。即使在相同的頻段內，不同的，有時是非互操作的協議和服務也在爭取認可，接受，時間段和市場份額。例如，考慮2.4 GHz ISM頻段。我們有藍牙，Wi-Fi，ZigBee，無繩電話，遙測和其他幾種服務都存在于這個領域。

它并不止于此。需要連接到不斷變化的無線世界的設計人員必須了解芯片組開發，協議棧，知識產權以及眾多開發環境，認證，工具和測試設備。

如果有其他方法怎么辦？如果一個RF部分可以完成所有工作怎么辦？

本文將介紹新興的軟件定義無線電（SDR）架構及其支持部分。 SDR擁有單一，超靈活的RF處理系統的承諾，可以對其進行編程，以同時運行多個頻率和多個協議。此外，軟件定義無線電的完全可編程和信號處理特性使其成為出現的新協議和服務的理想對沖，但可能不會很快占據。

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無線電具有相互分離的功能，可以協同工作。例如，接收器將使用天線來接入低電平信號，放大它，對其進行濾波，進行混頻，解調恢復的信號（使用幾種調制/解調方案中的一種或多種）并將輸出數據呈現為模擬或數字波形。發送器調制而不是解調，但反向執行相同的過程。

高度優化的硬件模塊已經發展到穩定性，清晰度，低漂移，良好的溫度穩定性，小尺寸，低功耗，良好的靈敏度和簡單的系統集成。從某種意義上說，SDR的目標是用可編程和自動化技術取代這些訓練有素的工人。

理想情況下，天線將連接到A/D轉換器，將寬帶波形饋送到信號處理階段。然后，信號處理塊將在期望的時隙（如果適用的話）從期望的信道和期望的頻帶中提取期望的信號。然而，世界并非那么簡單，至少現在還沒有首先，沒有GHz速度A/D轉換器。更重要的是，雖然存儲器深度呈指數增長，例如在5 GHz頻段，剛剛概述的方案的存儲器要求需要10 GB才能創建一秒緩沖區（假設16位采樣）。另一方面幾個處理器和IC的進步確實使得將RF前端級分成靈活的高性能處理模塊成為可能，這些處理模塊可以完成大部分高頻信號密集型恢復。此時，數據被傳遞到通用處理器，如PC，平板電腦甚至智能手機，它本身可以使用軟件創建用戶界面，控件，顯示器，甚至可以使用某些調制/解調方案A/D和D/A接口或聲卡（圖1）。

圖1：密集和高速前端硬件直接從天線捕獲信號以執行信道化和采樣率轉換。這可以直接饋入數字信號處理級，執行基帶處理。通用處理器（如PC）可以使用聲卡方式的模擬輸入來執行解調和最終信號輸入/輸出。

可以使用可編程級代替濾波器，混頻器，調制器的離散硬件，解調器，探測器，比較器，放大器，振蕩器等。已有多種器件可用于此，并直接針對SDR設計。例如，考慮一下ADI公司的RF Agile收發器。指定的AD9364，它結合了RF前端和寬帶靈活的混合信號基帶處理器（圖2）。

圖2：模塊化1 x 1收發器功能12具有并行數據總線的A/D和D/A級。片上本地振蕩器和混頻器可用于70 MHz頻段直至6 GHz。雖然它最初是為3G/4G RF數據通信而設計的，但它可以通過數字接口配置到主機處理器，這使它可以作為許多協議和頻段的靈活收發器。集成的高端頻率合成器為射頻操作提供了可配置的數字接口。

頻率范圍從70 MHz到6 GHz，支持傳統和現代Wi-Fi頻段。這也使其成為GSM，DECT，藍牙，Wi-Fi，WiMAX，ZigBee以及許多其他流行的無線協議和服務的范圍。

其他不錯的功能包括信號增益和AGC功能的實時監控和控制和128抽頭有限脈沖響應濾波器，以適當的采樣率產生12位輸出信號。可編程性允許其用于時分雙工和頻率雙工信令技術。它具有可調諧的信道帶寬（從200 kHz到56 MHz），可以分離掉部分頻段以獲得高數據速率流，或者切出更窄的部分以獲得更低的波特率信號。

支持整個56 MHz至6 GHz范圍的AD-FMCOMMS4-EBZ開發系統也得到了支持。

另一款用于軟件定義無線電的處理器配套芯片來自Lime Microsystems及其LMS6002DFN多頻段，多標準集成收發芯片。該器件還具有差分輸入和輸出RF連接，12位并行發送和接收數據總線，就像ADI公司的部分一樣。 LMS6002DFN涵蓋300 MHz至3.8 GHz頻段，還具有12位A/D和D/A分辨率，專為新興的毫微微和微微蜂窩基站和中繼器而設計。該部分還在內部使用差分信號技術用于所有模擬級。請注意，單個部分如何涵蓋WCDMA，HSPA，LTE，GSM，CDMA2000和IEEE 802.16x無線電，所有這些都在軟件控制之下。

這部分的一個特別好的特性是它的雙獨立合成器可實現全雙工操作。此外，兩個發送器輸出和三個接收器輸入可以同時激活。這允許同時支持不同的協議和標準。

另一個很好的特性是它的兩級TX增益控制（圖3A）; IF部分的一個階段，RF部分的另一個階段。單個控制字控制I和Q分支。以類似的方式，輸入側還有三級增益控制（圖3B）。主LNA通過一個6位控制字進行精細增益控制，分辨率為±6 dB。 AGC上的1 dB步長可以減少為通道過濾做準備的增益。

用于LMS6002多功能RF收發器的Lime Microsystems產品培訓模塊可在Digi-Key網站上獲得。此外，該部件由Lime的MYRIADRF-1開發套件提供支持，該開發套件基于靈活的多標準LMS6002收發器和Altera FPGA模塊。

圖3A：靈活的可編程 - 增益TX級利用兩個獨立的可編程增益放大器。

圖3B：三個增益控制級提供輸入信號調理的靈活性，包括旁路能力（0 dB）損失）低通濾波器。

其他解決方案

除了專門設計用于SDR功能的部件外，具有大量資源，外設和處理能力的高端通用部件也可用作軟件定義無線電的主機。其中一個例子來自德州儀器（TI）及其TMS320DM6446AZWT高性能通用DSP。這是一個真正的片上系統，因為361 BGA數字媒體IC包含兩個內核，一個297 MHz的高端ARM926時鐘，以及一個594 MHz的專用TMS320C64x + DSP內核。

作為公司的一部分DaVinci系列，這部分包括視頻，網絡，圖形控制，混合信號，智能卡，音頻，ATA和Flash接口，USB和DDR內存控制，僅舉幾個長篇功能列表。

使用該設備的TMS320C64定點DSP部分允許所有現有的濾波器，調制器，解調器和其他信號處理算法與數字端同時運行。在內部，獨立DSP具有自己的存儲器資源和高速緩存，以提高性能并最小化ARM/DSP交互。 TI擁有豐富的設計工具，應用筆記和培訓材料，可幫助工程師快速掌握如此復雜的部件。一個例子是TMDSEVM642評估模塊，它支持C6000，DaVinci和VelociT1.2系列處理器。

總結

無需大量數據即可實現統一的RF通信和控制方法個別設備。雖然仍處于細化的早期階段，但是有足夠的軟件定義無線電示例來展示這種方法的靈活性和能力，并且它只會變得更好。在最純粹的形式，以及未來的某個時候，SDR接收器可能只是一個連接到天線的模數轉換芯片。所有過濾和信號檢測都可以在數字域中進行，可能在普通的個人計算機，智能手機，平板電腦，筆記本電腦或可穿戴計算機中進行。