Software Radio (SDR) is een van de belangrijkste veranderingen op het gebied van draadloze communicatie. In tegenstelling tot traditionele radio's, die afhankelijk zijn van vaste analoge circuits voor filtering, mixen en modulatie, draagt SDR het grootste deel van de verwerking over naar het digitale domein. Door op hardware gerichte functies te vervangen door softwaregestuurde algoritmen, biedt SDR ongeëvenaarde flexibiliteit waarmee ontwerpers mogelijkheden kunnen upgraden, zich kunnen aanpassen aan nieuwe protocollen en de levenscyclus van het systeem kunnen verlengen zonder de hardware opnieuw te hoeven ontwerpen.
Deze snelle herconfiguratiemogelijkheid maakt SDR onmisbaar voor een breed scala aan toepassingen, van defensiesystemen en ruimtevaart tot 5G-infrastructuur, satellietcommunicatie en elektronische testapparatuur.
Hoe verschilt SDR van traditionele radiosystemen
Bij traditionele RF-ontvangers wordt het meeste werk gedaan door analoge componenten: de mixer converteert het ingangssignaal naar beneden, het filter hervormt het spectrum en de modulator of demodulator herstelt de informatie. Deze analoge verbinding is inflexibel en gevoelig voor ruis en moet voor elke nieuwe band of standaard opnieuw worden ontworpen.
SDR minimaliseert daarentegen de analoge front-end - doorgaans alleen de antenne en de basis-RF-front-endcircuits (Afbeelding 1). De ingangsgolfvorm wordt gedigitaliseerd door de analoog-digitaalomzetter (ADC) en het zware werk wordt voltooid door de software. Modulatie, demodulatie, kanaalfiltering, foutcorrectie en decodering worden digitaal uitgevoerd. Op dezelfde manier converteert de digitaal naar analoog converter (DAC) tijdens de verzending de verwerkte gegevens terug naar het RF-signaal, dat ook wordt bestuurd door de softwareroutine.
Basis SDR-procesbeeld
Figuur 1: Basis SDR-proces. Afbeeldingsbron: iWave Global)
Deze verschuiving zorgt voor een enorme flexibiliteit: dezelfde radiohardware kan vandaag Wi-Fi ondersteunen, morgen 5G en morgen veilige tactische communicatie – allemaal met software-updates.
RFSoC: ideaal platform voor SDR
De constructie van hoogwaardige SDR vereist een ultrasnelle converter, een krachtige verwerkingsstructuur en een datakanaal met lage vertraging. Zynq voor AMD™ UltraScale+™ De RFSoC-familie voldoet aan deze eisen door de volgende apparatuur te integreren:
Multi-gigabit sampling RF-ADC en RF-DAC
FPGA programmeerbaar logisch apparaat voor real-time DSP
Ingebouwde arm voor Software Control®-processor
Snelle geheugen- en transceiverinterface
RFSoC integreert meerdere discrete apparaten die voorheen nodig waren in één enkel apparaat, waardoor het ontwerp van printplaten aanzienlijk wordt vereenvoudigd. Deze integratie vermindert het stroomverbruik, vermindert de latentie en verbetert de signaalintegriteit. Voor realtime RF-toepassingen met zeer hoge timingnauwkeurigheid en prestatievereisten biedt RFSoC een oplossing uit één stuk met ultralage latentie en nauwe synchronisatie.
Kracht van directe RF-bemonstering
Een van de doorslaggevende voordelen van RFSoC is de mogelijkheid om meerdere GSPS-bemonsteringsfrequenties te ondersteunen. De RF-ADC kan het signaal van de RF-frequentie direct opvangen, terwijl RF-DAC ultrabreedbanduitvoer kan genereren, en beide zijn niet afhankelijk van de tussenliggende down-conversiefase.
Dit maakt het mogelijk om "vrijwel alle digitale" radioracks te vormen, zodat standaarden zoals 2,4 GHz Wi-Fi, ongeveer 3,5 GHz 5G nieuwe radio's en 800 MHz tot 1,8 GHz mobiele banden direct kunnen worden gedigitaliseerd en verwerkt. Veel kant-en-klare SDR-platforms zijn daarentegen beperkt tot bemonsteringsfrequenties van tientallen of honderden MHz en vertrouwen daarom op analoge mixers om het signaal naar de middenfrequentie te verschuiven.
Door deze analoge niveaus te elimineren, maken op RFSoC gebaseerde SDR's een hogere betrouwbaarheid, lagere latentie en een compacter ontwerp mogelijk (Afbeelding 2).