Software Radio (SDR) ist eine der wichtigsten Veränderungen im Bereich der drahtlosen Kommunikation. Im Gegensatz zu herkömmlichen Radios, die zum Filtern, Mischen und Modulieren auf feste analoge Schaltkreise angewiesen sind, überträgt SDR den Großteil der Verarbeitung in den digitalen Bereich. Durch den Ersatz hardwarezentrierter Funktionen durch softwaregesteuerte Algorithmen bietet SDR eine unübertroffene Flexibilität, die es Entwicklern ermöglicht, Funktionen zu aktualisieren, sich an neue Protokolle anzupassen und den Systemlebenszyklus zu verlängern, ohne die Hardware neu zu entwerfen.
Diese schnelle Rekonfigurationsfähigkeit macht SDR für eine Vielzahl von Anwendungen unverzichtbar, von Verteidigungssystemen und Luft- und Raumfahrt bis hin zu 5G-Infrastruktur, Satellitenkommunikation und elektronischen Testgeräten.
Wie unterscheidet sich SDR von herkömmlichen Funksystemen?
Bei herkömmlichen HF-Empfängern wird die meiste Arbeit von analogen Komponenten übernommen: Der Mischer wandelt das Eingangssignal herunter, der Filter formt das Spektrum um und der Modulator oder Demodulator stellt die Informationen wieder her. Diese analoge Verbindung ist unflexibel und anfällig für Rauschen und muss für jedes neue Band oder jeden neuen Standard neu gestaltet werden.
Im Gegensatz dazu minimiert SDR das analoge Front-End – typischerweise nur die Antenne und die grundlegende HF-Front-End-Schaltung (Abbildung 1). Die Eingangswellenform wird vom Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert und die schwere Arbeit wird von der Software erledigt. Modulation, Demodulation, Kanalfilterung, Fehlerkorrektur und Dekodierung erfolgen digital. Ebenso wandelt der Digital-Analog-Wandler (DAC) während der Übertragung die verarbeiteten Daten zurück in das HF-Signal um, das ebenfalls von der Softwareroutine gesteuert wird.
Grundlegendes SDR-Prozessbild
Abbildung 1: Grundlegender SDR-Prozess. Bildquelle: iWave Global)
Dieser Wandel setzt enorme Flexibilität frei: Dieselbe Funkhardware kann heute Wi-Fi, morgen 5G und morgen sichere taktische Kommunikation unterstützen – alles mit Software-Updates.
RFSoC: Ideale Plattform für SDR
Der Aufbau eines Hochleistungs-SDR erfordert einen ultraschnellen Wandler, eine leistungsstarke Verarbeitungsstruktur und einen Datenkanal mit geringer Verzögerung. Zynq für AMD™ UltraScale+™ Die RFSoC-Familie erfüllt diese Anforderungen durch die Integration der folgenden Ausstattung:
Multi-Gigabit-Sampling-RF-ADC und RF-DAC
FPGA-programmierbares Logikgerät für Echtzeit-DSP
Eingebetteter Arm für Software Control®-Prozessor
Hochgeschwindigkeits-Speicher- und Transceiver-Schnittstelle
RFSoC integriert mehrere bisher erforderliche diskrete Geräte in ein einziges Gerät und vereinfacht so das Leiterplattendesign erheblich. Diese Integration reduziert den Stromverbrauch, reduziert die Latenz und verbessert die Signalintegrität. Für Echtzeit-HF-Anwendungen mit sehr hohen Anforderungen an Zeitgenauigkeit und Leistung bietet RFSoC eine einteilige Lösung mit extrem geringer Latenz und enger Synchronisierung.
Leistung der direkten HF-Abtastung
Einer der entscheidenden Vorteile von RFSoC ist die Fähigkeit, mehrere GSPS-Abtastraten zu unterstützen. Sein RF-ADC kann das Signal der RF-Frequenz direkt erfassen, während der RF-DAC einen Ultrabreitbandausgang erzeugen kann, und beide sind nicht auf die Zwischenstufe der Abwärtskonvertierung angewiesen.
Dies ermöglicht die Bildung „quasi vollständig digitaler“ Funk-Racks, sodass Standards wie 2,4-GHz-WLAN, etwa 3,5-GHz-5G-Neufunk und 800-MHz- bis 1,8-GHz-Mobilfunkbänder direkt digitalisiert und verarbeitet werden können. Im Gegensatz dazu sind viele handelsübliche SDR-Plattformen auf Abtastraten von Dutzenden oder Hunderten von MHz beschränkt und verlassen sich daher auf analoge Mischer, um das Signal auf die Zwischenfrequenz herunterzuschieben.
Durch die Eliminierung dieser analogen Ebenen ermöglichen RFSoC-basierte SDRs eine höhere Wiedergabetreue, geringere Latenz und ein kompakteres Design (Abbildung 2).