系统解读无线通信之SDR和CR

括修正错误、增加新功能、包含升级的操作以及提升性能等。可以通过软件快速更改具有灵活设计的软件定义无线电，从而整合新的调制方式、新协议以及一般需要新硬件的其他重大调整。

软件定义无线电的不足之处在于软件复杂性、开发成本和开发时间、某些应用的频率范围有限以及往往较高的功耗。

软件定义无线电的硬件

软件定义无线电需要快速ADC、DAC和DSP。多年来，ADC的采样速率一直都在与日俱增，现在已经达到了千兆赫的水平。许多软件定义无线电采用低中频架构和ADC，将许多100 Msamples/s的采样速率提升至几百Msamples/s，甚至更高。

美国国家半导体(现在是德州仪器)最近发布的ADC12Dxx00RF的采样速率可以达到3.6 Gsamples/s(请参见www.electronicdesign.com网站上的"ADCs Sample RF Directly"一文)。这款双通道12位ADC可与时钟相移配合使用，实现交叉或交替通道采样，从而能够实现更快的转换。DAC采样速率正紧跟这种趋势。

快速转换必不可少，而DSP也必须足够快才能够跟得上这种速度。由于大多数处理器都能够轻松地跟上这种速度，因此这不是问题。当然，虽然软件定义无线电是软件，但仍然需要以多种形式实现的硬件。

比如，你可以编写在通用处理器(GPP)上运行的程序。由于某些算法需要在大多数GPP上难以处理的数学程序，因此这可能不是一个最佳方案。不过，大多数PC中使用的英特尔(Intel)或AMD双核处理器如今在某些应用中表现非常出色。某些GPP还有一些特殊指令，比如DSP算法中常用的乘和累加函数。

你还可以使用专为处理信号处理代码而设计的DSP。这种DSP拥有特别的架构(通常是Harvard架构)、内存以及可以提高DSP的处理速度的算术逻辑单元(ALU)指令集。

德州仪器(TI)的C5000和C6000等畅销DSP系列已经在业界使用了多年。ADI和飞思卡尔(Freescale)也有通用DSP产品。就像处理器一样，DSP是完全可编程器件，因此它们在将来可能需要更改、增加和更新的应用中具有极高的灵活性。如今，时钟频率高达1GHz的DSP非常普遍。

越来越多的软件定义无线电设计正在使用FPGA。快速傅立叶变换(FFT)等信号处理算法可以缩减成数字逻辑，并且能够在GPGA中快速实现。由于FPGA成本已经稳步下降，因此FPGA已经成为DSP的主要替代方案。FPGA比具有某些功能的某些其它处理器更快，并且仍然具有重编程序的灵活性。Altera和赛灵思(Xilinx)公司的FPGA支持软件定义无线电。

最后，硬逻辑在如今也非常普遍。在实现蜂窝无线电规范等固定标准时，灵活性或重编程序的能力并不是必不可少的。因此，可以在固定的片上逻辑中实现各种算法。这种逻辑块的速度更快，占用的芯片面积更少，并且可以大幅降低功耗。这种逻辑块一般称为加速度计。

许多蜂窝手机基站IC(比如TI的TMS320TC6614系统级芯片(SoC))就是使用加速度计的例子。图5显示了具有ARM GPP和四个66x通用浮点DSP内核的6614。请注意右边的加速度计逻辑。大多数第1层的加速度计都使用DSP算法来实现各种软件定义无线电功能。

图5：TI的TMS320TC6614是一款用于实现微微基站、微基站、地铁基站和其他小型基站的片上基站IC。所有的基带功能都在这颗芯片上进行。RF电路为外部电路。请注意右边的硬件加速度计，该加速度计采用硬连线逻辑加快许多DSP软件定义无线电功能。

真正的SDR收发器

目前已经开发出了许多用于联合战术无线电系统(JTRS)下的军事应用的软件定义无线电。这个美国国防部的计划旨在开发一整套用于语音、数据和视频的软件定义无线电，从而用来实现战场上的自组网络。此计划从上世纪90年代末期就已经开始实施，十多年来已经取得了相当快的进展。

JTRS系统的整个基础是软件通信架构(SCA)。这种开放架构的平台标准规定了硬件和软件配合工作的方式。其中一个主要目标是开发可在不同硬件平台之间全面转换的软件，从而使所有的军事无线电都具有多功能和互操作性。

最近发布的最新版本SCA 2.2.2进一步提高了程序员的能力，从而提高了软件的灵活性和可扩展性。SCA Next软件有助于减小程序规模和减少测试工作。

软件通信架构没有提供具体的认识功能。不过在过去几年里，美国国防高级硬件规划局(DARPA)一直在对软件通信架构的认知增强功能进行测试，比如动态频谱接入功能，该功能有望在即将发布的下一代JTRS无线电中实现。

泰雷兹通信(Thales Communications)的AN/PRC-148 JTRS增强型多频带内部/外部团队无线电覆盖从30MHz至512MHz的所有HF、VHF和UHF军用频率(图6)。功率输出的选择范围为0.1W至5W。提供各种模式和波形。

认知无线电

认知无