FlexRadio Systems公司的工程副總裁Steve Hicks和銷售與營銷副總裁Greg Jurrens解釋如何設計終極易用的業余無線電，以及模擬電子技術的進步對此有何重要意義。

　　馬爾佩洛島是哥倫比亞沿海的一個荒涼小島，雙鬃鯊環伺，很難與外界建立聯系。然而，2012年1月，一支無線電愛好者隊伍在此設立營地，搭建起“工作室”，與世界各地的其他業余無線電臺進行了將近20萬次聯絡。在“無線電競賽”中，個人和俱樂部比賽看誰聯系的業余無線電臺最多，這是一項極限運動。業余無線電探險活動（DX-peditions，例如馬爾佩洛島上進行的上述活動）需要無線電愛好者前往遙遠偏僻的地方，有時甚至是危險的地方，或者只是地理網格上從未有其他業余無線電愛好者去過的一個點。這項活動是對參與者生存技能和無線電技能的雙重考驗。

　　某種意義上，FlexRadio Systems公司的歷程就是一次漫長的“業余無線電探險”活動，我們開拓了其它業余無線電公司從未涉足的領域。十年前的一天，當我們的CEO Gerald Youngblood （K5SDR）坐在餐桌旁時，他想到要通過電腦控制他的業余無線電設備。但最后，他將其PC變成一臺無線電，從而幫助奠定了軟件定義無線電（SDR）的基礎。2002年，FlexRadio Systems針對業余無線電愛好者推出了世界首款SDR實驗套件。它真正實現了以下功能：接收RF信號，將其轉換為數字比特流，然后利用計算機的數字信號處理能力執行信號的所有調制和解調。它與傳統無線電有何明顯區別呢？答案是沒有旋鈕。

　　如今，隨著模擬技術的進步，業余無線電愛好者已經能夠使用以前只有商業、政府和軍事用戶才能用得起的新型無線電。FLEX-6000 Signature系列是一款即插即用式SDR，實現了直接數字接收、發送和聯網，RF頻譜同時支持多達8個接收機。對于馬爾佩洛島上的電臺或任何參與競賽者，這意味著同一時間有更多的人可以傳輸信號，從而有助于消除業余無線電愛好者的心頭大恨——卡在訪問途中。

　　信號處理挑戰

　　在FLEX-6000的開發過程中，遇到了多個重大設計障礙。SDR的最大問題無疑是如何以足夠高的速率和精度穿行于模擬和數字世界。因此，我們的頭號挑戰是找到一款足夠強大且業余無線電愛好者負擔得起的模數轉換器（ADC）。在為一家商業客戶開發一個需要較復雜寬帶采樣接收機的項目時，我們找到了一款可行的解決方案。我們的高頻無線電一直使用窄帶技術。對于業余無線電，我們敢不敢使用寬帶型產品呢？

　　看了數十款產品后，我們把目光集中在了ADI公司的AD9467，它是一款16位高速（245.76 MSPS） ADC，可以直接放在天線上，而無需使用外部緩沖放大器（再也不用擔心失真）。在天線連接處對RF信號直接進行數字化是一個巨大優勢。一般說來，采樣速度越快且帶寬越寬，則越容易消除干擾信號，增強有用信號。遇到元件問題時，ADI應用工程師為我們的原型開發提供了全程幫助。例如，我們在使用AD9467 ADC時發現：接近采樣頻率的數倍時，會產生較大雜散。ADI公司在實驗室重建了我們的設置，比較數據后問題暴露出來，原來是我們存在調整問題，而實際上該器件的性能比預期還要好。

　　選定ADC之后，我們構建了一款直接寬帶采樣接收機，其動態范圍、雜散性能和相位噪聲超過窄帶接收機。我們的收發器和接收機支持創建4到8個獨立的片段接收機，調諧范圍為0.03 MHz到77 MHz和135 MHz至165 MHz。直接RF至數字轉換在100 Hz間隔時提供的動態范圍與在2 kHz間隔時一樣高。由于信號的所有混頻和濾波都是以數字方式完成，因此無需昂貴的濾波器和其它器件。直接數字接收機更為安靜。

　　我們還找到一款良好的時鐘參考來確保低相位噪聲。傳統多變頻無線電的一大問題是，用于調諧的頻率合成器具有非常令人厭惡的高近載波相位噪聲和雜散噪聲。我們的硬件架構集成了一個工作頻率為983.04 MHz的超低相位噪聲主振蕩器。諸如ADI AD9512之類的時鐘驅動器可在1 kHz偏移時提供優于-130 dBc/Hz的相位噪聲性能，100 kHz偏移時優于-152 dBc/Hz。這樣，業余愛好者可以聽見更微弱的信號，并發送更清晰的信號。發送當然也是100%數字化。通過嵌入ADI公司的高性能ADC和DAC，我們的新產品在發送和接收兩方面的性能均超過傳統無線電。

　　我們還需要引入足夠強大的計算能力來發揮寬帶直接采樣優勢。我們發現，Xilinx Virtex?-6現場可編程門陣列（FPGA）可以執行所有數字上下變頻和頻譜分析工作。XC6VLX75T/130T FPGA具有令人驚嘆的性能。例如，中端產品FLEX-6500每秒可以執行191次乘加運算和78次浮點運算。此外，Xilinx FPGA平臺非常適合與ADI數據轉換器一起工作。

　　工作室或全球聯網

　　業余無線電被稱為原始社交網絡，從多個方面看確實如此。緊急事件中，當傳統計算機網絡癱瘓時，業余無線電臺可以救急，搭建臨時社交網絡。發生災難時，業余無線電臺往往是向外界傳遞消息的唯一渠道。事實上，卡特里娜颶風發生后，我們的無線電幫助挽救了許多生命。

　　我們的新型號產品使聯網更上一層樓。使用6000系列，無線電臺無需外部計算機或昂貴的適配器便可進行遠程操作。每臺FLEX-6000均配備一個1 Gb以太網端口。初始版軟件支持家庭網絡，以后的版本將支持在任何地方與互聯網聯網。對于俱樂部，這是一個福音。我們的產品在公共安全和政府通信機構也頗受歡迎，這些機構需要聯網優勢來遠程維護無線電集群。無線電服務器的時代已經到來。

　　實際上，SDR的所有突破都是在業余無線電歷史上的恰當時機出現。即使經過了100年，第一個社交網絡仍然在發展壯大。軟件無線電在高空中也有許多低調的朋友在做各種實驗。在阿拉斯加的一項研究項目中，我們的接收機被用來在云霄中繪制臭氧層。隨著新型高性能即插即用式無線電的推出，我們只能想象業余無線電愛好者將會沖擊怎樣的高度。

　　Steve Hicks是美國德克薩斯州奧斯汀市FlexRadio Systems的工程副總裁，Greg Jurrens是其銷售與營銷副總裁。

　　圖1. 硬件架構：FLEX-6000系列使用一個或多個“頻譜捕捉單元”（SCU），該單元對整個高頻頻譜進行數字化，并將每SCU 3.9Gbps的數據饋入FPGA進行數字信號處理（DSP）。最終解調和控制由TI DaVinci ARM/DSP處理器處理，然后作為1 Gb以太網上的音頻或RF樣本退出無線電。超低相位噪聲的時鐘系統確保接收和發送信號干凈。

　　圖2. 利用軟件創建一個優化的接收機。FlexRadio 6000系列具有一個圖形用戶界面SmartSDR。“頻譜捕捉單元”（SCU）是可重用的硬件模塊。當SCU的數據以7.8Gbps以上的組合速率進入FPGA時，SmartSDR執行高級數字信號處理，分割數據并將其輸入各Panadapter和片段接收機。SmartSDR指揮一切，下至SCU中的濾波器，從而構成一個優化的接收機。如果一位無線電愛好者想在40m上解碼所有CW（莫爾斯電碼）信號，同時在20m上進行無線電探險，只需點擊幾下就大功告成。