Software Defined Radio (SDR) is een van de belangrijkste veranderingen op het gebied van draadloze communicatie. Traditionele radio vertrouwt op vaste analoge circuits voor filteren, mixen en modulatie, terwijl SDR anders is omdat het het grootste deel van het verwerkingswerk naar het digitale domein verschuift. Door hardwaregerichte functionaliteit te vervangen door softwaregestuurde algoritmen heeft SDR een ongeëvenaarde flexibiliteit verworven, waardoor ontwerpers de functionaliteit kunnen upgraden, zich kunnen aanpassen aan nieuwe protocollen en de levenscycli van systemen kunnen verlengen zonder de noodzaak om hardware opnieuw te ontwerpen.
Deze snelle herconfiguratiemogelijkheid maakt SDR onmisbaar in een breed scala aan toepassingen, van defensiesystemen en ruimtevaart tot 5G-infrastructuur, satellietcommunicatie en elektronische testapparatuur.
Wat zijn de verschillen tussen SDR en traditionele radiosystemen
Bij traditionele RF-ontvangers wordt het meeste werk gedaan door analoge componenten: de mixer converteert het ingangssignaal naar beneden, het filter vormt het spectrum en de modulator of demodulator herstelt de informatie. Deze simulatieketen is inflexibel en gevoelig voor ruis, waardoor een nieuw ontwerp nodig is voor elke nieuwe frequentieband of standaard.
SDR minimaliseert daarentegen de analoge front-end tot een minimum - doorgaans alleen de antenne en de fundamentele RF-front-endcircuits (Afbeelding 1). Nadat de ingangsgolfvorm is gedigitaliseerd door een analoog-digitaalomzetter (ADC), wordt de zware werklast door software voltooid. Modulatie, demodulatie, kanaalfiltering, foutcorrectie en decodering worden allemaal digitaal uitgevoerd. Op dezelfde manier converteert de digitaal-analoogomzetter (DAC) tijdens het transmissieproces de verwerkte gegevens terug naar een RF-signaal, dat ook wordt bestuurd door softwareroutines.
Basis SDR-procesbeeld
Figuur 1: Basis SDR-proces. (Afbeeldingsbron: iWave Global)
Deze transformatie zorgt voor een enorme flexibiliteit: dezelfde draadloze hardware kan vandaag Wi-Fi ondersteunen, morgen 5G-frequentiebanden en overmorgen veilige tactische communicatie - allemaal met alleen software-updates.
RFSoC: het ideale platform voor SDR
Het bouwen van krachtige SDR's vereist ultrasnelle converters, krachtige verwerkingsstructuren en datakanalen met lage latentie. AMD's Zynq™ UltraScale+™ De RFSoC-serie voldoet aan deze eisen door de volgende apparaten te integreren:
Multi-gigabit sampling RF-ADC en RF-DAC
FPGA programmeerbaar logisch apparaat voor real-time DSP
Embedded Arm voor softwarecontrole®-processor
Hoge snelheid 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 real-time RF-toepassingen die extreem hoge timingnauwkeurigheid en -prestaties vereisen, kan RFSoC een oplossing met één chip bieden met ultralage latentie en nauwe synchronisatie.
De kracht van directe RF-sampling
Een van de doorslaggevende voordelen van RFSoC is de mogelijkheid om meerdere GSPS-bemonsteringsfrequenties te ondersteunen. De RF-ADC kan direct RF-frequentiesignalen opvangen, terwijl RF-DAC ultrabreedbanduitgangen kan genereren, beide zonder afhankelijk te zijn van tussenliggende conversiefasen.
Dit maakt het mogelijk om een "bijna volledig digitaal" radiorack te bouwen, waar standaarden zoals 2,4 GHz Wi-Fi, 5G nieuwe radio's rond 3,5 GHz en mobiele frequenties van 800 MHz tot 1,8 GHz allemaal direct kunnen worden gedigitaliseerd en verwerkt. Daarentegen zijn veel bestaande SDR-platforms beperkt tot bemonsteringsfrequenties van slechts enkele tientallen of honderden MHz, waardoor ze afhankelijk zijn van analoge mixers om het signaal naar de middenfrequenties te verschuiven.