軟件定義無線電(SDR)是一種日益切實可行和重要的通信系統(tǒng)。原則上，它允許單個硬件設計支持多種格式、協(xié)議和頻率之間的通信，包括GSM基站、LTE基站、MIMO設計等。
基本SDR架構看上去相對簡單（或者至少從原理圖上看是這樣），直接將放大后的RF信號數(shù)字化，無需下變頻和使用本地振蕩器，或者通過任何由硬件驅動的調諧，然后采用不同算法對結果數(shù)字化處理。然而，對于想要探索SDR潛力、評估其適用性，甚至開發(fā)他們自有應用的硬件和軟件工程師而言，有一個挑戰(zhàn)：將所有的硬件和軟件準備就緒是極為困難的。在帶寬、動態(tài)范圍、位數(shù)和其他性能參數(shù)方面，對模擬信號鏈元件的要求非常嚴格。
在模擬前端(AFE)中疊加分立通道以支持最寬的目標RF頻譜的需要——范圍可從100 MHz左右擴展到數(shù)GHz——使提供SDR平臺的能力變得更為復雜。因此，電路板空間的元器件成本、器件數(shù)目、功耗以及部署寬帶SDR的成本可能會超過SDR帶來的任何潛在優(yōu)勢。另外，僅有基本的開發(fā)硬件和軟件，而無適當?shù)墓ぞ吲c支持是不夠的。
一款模擬IC改變現(xiàn)狀
這些便是Ettus Research™——一家具有SDR領域逾十年領先經(jīng)驗的企業(yè)——著手設計通用軟件無線電外設(USRP™)時所面對的問題；該產(chǎn)品是一款完全集成式直接轉換收發(fā)器，可配置為多種格式、協(xié)議或頻率。其目的是面向低成本市場設計一款高效率、高性價比、易于使用的器件。
他們還希望支持MIMO（多路輸入/多路輸出），這種高級技術目前正越來越受關注，可作為提升性能、獲得更高數(shù)據(jù)速率和更低誤比特率的途徑。他們面對的主要硬件挑戰(zhàn)是滿足單芯片、寬帶、高性能信號鏈的前端要求，因為將頻譜重疊AFE通道并聯(lián)連接使用會讓設計過于復雜，且成本太高。
幸運的是，Ettus的需求與RF IC可提供的特性正巧相吻合，這款器件便是ADI公司的AD9361 RF捷變收發(fā)器；該器件針對此SDR的要求而量身定制，尺寸為10 mm × 10 mm，集成雙獨立通道（如圖1所示），具有200 kHz至56 MHz用戶可調諧RF帶寬，以及12位分辨率，另外還有構建70 MHz至6 GHz信號鏈所需的其他特性與性能。使用該器件可將整個AFE濃縮在相對簡單的單個電路中。
圖1： ADI的AD9361針對靈活SDR設計中的用戶可調諧寬帶、低噪聲而優(yōu)化。
其最終的SDR設計產(chǎn)生兩款密切相關的產(chǎn)品：基礎B200 1×1通道和B210 2×2通道（用于MIMO應用）USRP平臺（見圖2），它們易于使用，并由強健的軟件生態(tài)系統(tǒng)提供支持，采用豐富的C API設計。每個單元均包括一個開放可重編程Spartan6 FPGA用于數(shù)據(jù)處理，以及一個SuperSpeed USB 3.0端口用于連接。圖3請注意，AD9361具有極高的性價比，可以同時應用于1×1和2×2設計；1×1設計只是不提供針對第二通道的額外支持。
圖2和圖3： USRP B210（左）和B200（右）提供低成本SDR實驗平臺，是完全集成的單電路板通用軟件無線電外設，連續(xù)頻率覆蓋范圍為70 MHz至6 GHz。
這些完全集成的直接變頻收發(fā)器可配置為FM和TV廣播接收信號的實驗和評估、采用OpenBTS進行GSM基站原型制作、使用GNU無線電GPS、WiFi、ISM等進行開發(fā)。提供USRP Hardware Driver™，簡化GNURadio的軟件原型制作，并讓用戶參與開源SDR社區(qū)。
在本設計中使用AD9361的另一個優(yōu)勢，是可獲得操作靈活性。關鍵參數(shù)（如增益和帶寬）未事先在硬件設計階段固定，而是通過SPI端口接口，使用軟件和處理器設置，甚至即時更改。這可讓算法針對特定的頻段、帶寬、SNR和目標格式優(yōu)化硬件性能，同時無需對并非最優(yōu)的權衡取舍作出讓步。
USRP B200實時系統(tǒng)吞吐率基準值為61.44MS/s（正交調制），對主機PC而言具有最高56 MHz的瞬時RF帶寬，以便使用GNURadio SDR設計環(huán)境進一步處理。為UHD（USRP硬件驅動程序）軟件提供完全支持可允許現(xiàn)有設計代碼的無縫重新使用，從而用戶可即刻著手GNU無線電的開發(fā)，并采用OpenBTS為其自有GSM基站進行原型制作，同時將B200代碼輕松轉移到性能更佳且為業(yè)界所支持的USRP平臺。
極大地挖掘SDR的潛力
在概念上提出軟件定義無線電的優(yōu)勢是一回事，而事實上SDR則遠為強大。為了更清楚地演示這一點，Ettus Research應用工程師Balint Seeber最近讓一臺B200單元和筆記本電腦晝夜不停地運行一周，探索舊金山地區(qū)。
此處提供有關他的一段詳細采訪。在采訪中，他披露了很多有趣的信號和隱秘世界詳情。
與過去的探索者專注地理細節(jié)不同，Balint的這次旅行專注其周遭的RF環(huán)境。
長久以來，SDR是吸引很多設計人員的神秘領域，這些設計人員希望完全了解SDR能為他們的一系列不同應用帶來何種好處。Ettus公司的B200和B210產(chǎn)品采用高度集成、極致帶寬RF捷變收發(fā)器IC（如AD9361），有了這些產(chǎn)品，工程師便可探索并利用SDR，從而揭開其神秘面紗，并提升這項技術的吸引力。
Ettus Research、USRP和USRP硬件驅動程序為National Instruments公司的注冊商標。文中提及的其它產(chǎn)品和公司名稱均是各自公司的商標或商品名稱。
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