Технология SDR для радиосвязи и радиолокации
Техника SDR 00:20 / 18.08.2008 7 417
За последние пять - семь лет количество абонентов сотовой связи увеличилось в сотни раз, а сама сотовая связь превратилась из роскоши в область услуг с жесточайшей конкуренцией. За это же время сменилось поколение сотовой связи (кто из неспециалистов сейчас вспомнит, например, про стандарт AMPS?). Более того, уже разработаны и активно внедряются системы связи третьего поколения (3GPP и 3GPP2).
Ресурс дорогостоящего оборудования, такого как базовые станции сотовой связи, на сегодняшний день существенно превышает срок их конкурентоспособности по предоставляемым услугам и параметрам. В то же время модернизация уже развернутых систем связи практически невозможна, поскольку требует полной замены существующего оборудования. Разрабатываемые в рамках тех или иных стандартов улучшенные алгоритмы обработки сигнала и новые виды сервиса не могут быть внедрены по причине их низкой окупаемости. Аналогичный эффект - в случае перехода от одного стандарта связи к другому. Существующие приемопередатчики разработаны, как правило, для работы с сигналами, соответствующими одному определенному стандарту связи. При необходимости работы с сигналами других стандартов пользователь вынужден полностью менять оборудование. Конкурентные преимущества в этих условиях получают системы с наибольшей гибкостью.
Технология SDR (Software Defined Radio) позволяет решать такие проблемы и позволяет "малой кровью" модернизировать одну из наиболее сложных и дорогих частей приемо-передающей аппаратуры - ее трансивер. Трансивер, разработанный в концепции SDR, обеспечивает поддержку широкого спектра стандартов связи. Перепрограммирование трансивера для его адаптации под другой стандарт связи не влечет за собой изменения в аппаратной части. Отличительными чертами таких устройств являются:
Сверхширокополосная и малошумящая радиочастотная часть, обладающая большим динамическим диапазоном;
Высокоскоростной с большим динамическим диапазоном тракт аналого-цифрового преобразования;
Обладающий большой вычислительной мощностью сигнальный процессор и специализированный цифровой тракт фильтрации.
Использование SDR технологии обусловлено тем, что она позволяет принимать и передавать сигналы с использованием разных частот и стандартов, выбор которых зависит от самых различных факторов. Эта технология поддерживается как производителями оборудования, так и поставщиками услуг систем связи и позволяет устранить противоречие между ними: производители используют стандарты, четко описывающие систему и позволяющие им производить крупные партии стандартных устройств, поставщики же не любят эти стандарты, поскольку стандарт делает затруднительным дифференциацию услуг. SDR технология позволяет производить стандартные устройства и делать эти устройства уникальными программным способом. При этом конечный пользователь получает большую "мобильность", благодаря возможности использования мультистандартных мобильных станций, в которых переключение с одного стандарта на другой происходит автоматически без участия последнего.
Одной из составных частей концепции SDR является использование цифровой ПЧ (промежуточной частоты) для обеспечения режимов Digital IF на прием и Direct IF на передачу, и перепрограммируемых устройств частотной селекции сигнала.
Приемники (как и передатчики) с цифровой ПЧ являются на настоящий момент быстро развивающейся областью, находящей применение в современных базовых станциях 2-3 поколения. Использование цифровой ПЧ стало реальностью благодаря появлению высокоскоростных АЦП и ЦАП с большой разрядностью и высокой линейностью, а также высокопроизводительных устройств цифровой обработки сигналов. Произошедший в последние годы прорыв в технологии производства электронных компонентов и в первую очередь высокоскоростных сигнальных процессоров подстегнул интерес к этой тематике.
Важность использования цифровой ПЧ в идеологии построения приемника тесно связана с удешевлением аналоговой его части. Если параметры цифрового фильтра могут быть улучшены за счет повышения его порядка и разрядности, то для аналогового фильтра ситуация совсем иная. Параметры цифровой фильтрации и гетеродинирования на практике обычно ограничены здравым смыслом разработчика, в то время как для аналоговых устройств ограничения чисто физические, такие как самые разнообразные шумы и нелинейности. Именно этим обусловлено использование нескольких гетеродинов и поэтапной аналоговой фильтрации.
В приемной аппаратуре построение дешевого и малошумящего аналогового тракта возможно только за счет ослабления требований по фильтрации в нем сигнала и обеспечении всей необходимой избирательности в цифровом тракте. С учетом мультистандартного характера проектируемого устройства, которое к тому же может быть многоканальным, использование цифровой ПЧ представляется единственно возможным вариантом обработки принимаемого сигнала.
С передатчиком ситуация обстоит еще интереснее. Поскольку современные системы используют самые разнообразные схемы модуляции, требующие зачастую сложных и высокоточных схем формирования квадратурных компонент сигнала (зачастую многоканальных), сформировать их на нулевой частоте просто не представляется возможным.
Таким образом, использование технологии SDR обусловлено тем, что она позволяет обрабатывать и передавать сигналы с использованием разных частот и стандартов, выбор которых зависит от самых различных факторов.
Ниже на рис. 1 и 2 соответственно иллюстрируются основные недостатки традиционного аналогового подхода и достоинства использования цифрового SDR приемника для построения радиоприемных каналов.
Принятые на рис. 1 и рис. 2 сокращения: ВЧ - высокая частота; ПЧ - промежуточная частота; НЧ - низкая частота.
Недостатки традиционного аналогового приемника: требуется точная настройка; чувствительный к температуре и разбросу параметров компонентов; нелинейные искажения; сложно строить перестраиваемые фильтры и фильтры с подавлением более 60ДБ.
Достоинства SDR приемника: не требует настройки; низкая чувствительность к температуре и разбросу параметров компонентов; простая реализация перестраиваемых фильтров с подавлением более 100Дб; высокая точность и широкий диапазон перестройки фазы и частоты гетеродина.
Источник: multicore.ru
Ресурс дорогостоящего оборудования, такого как базовые станции сотовой связи, на сегодняшний день существенно превышает срок их конкурентоспособности по предоставляемым услугам и параметрам. В то же время модернизация уже развернутых систем связи практически невозможна, поскольку требует полной замены существующего оборудования. Разрабатываемые в рамках тех или иных стандартов улучшенные алгоритмы обработки сигнала и новые виды сервиса не могут быть внедрены по причине их низкой окупаемости. Аналогичный эффект - в случае перехода от одного стандарта связи к другому. Существующие приемопередатчики разработаны, как правило, для работы с сигналами, соответствующими одному определенному стандарту связи. При необходимости работы с сигналами других стандартов пользователь вынужден полностью менять оборудование. Конкурентные преимущества в этих условиях получают системы с наибольшей гибкостью.
Технология SDR (Software Defined Radio) позволяет решать такие проблемы и позволяет "малой кровью" модернизировать одну из наиболее сложных и дорогих частей приемо-передающей аппаратуры - ее трансивер. Трансивер, разработанный в концепции SDR, обеспечивает поддержку широкого спектра стандартов связи. Перепрограммирование трансивера для его адаптации под другой стандарт связи не влечет за собой изменения в аппаратной части. Отличительными чертами таких устройств являются:
Сверхширокополосная и малошумящая радиочастотная часть, обладающая большим динамическим диапазоном;
Высокоскоростной с большим динамическим диапазоном тракт аналого-цифрового преобразования;
Обладающий большой вычислительной мощностью сигнальный процессор и специализированный цифровой тракт фильтрации.
Использование SDR технологии обусловлено тем, что она позволяет принимать и передавать сигналы с использованием разных частот и стандартов, выбор которых зависит от самых различных факторов. Эта технология поддерживается как производителями оборудования, так и поставщиками услуг систем связи и позволяет устранить противоречие между ними: производители используют стандарты, четко описывающие систему и позволяющие им производить крупные партии стандартных устройств, поставщики же не любят эти стандарты, поскольку стандарт делает затруднительным дифференциацию услуг. SDR технология позволяет производить стандартные устройства и делать эти устройства уникальными программным способом. При этом конечный пользователь получает большую "мобильность", благодаря возможности использования мультистандартных мобильных станций, в которых переключение с одного стандарта на другой происходит автоматически без участия последнего.
Одной из составных частей концепции SDR является использование цифровой ПЧ (промежуточной частоты) для обеспечения режимов Digital IF на прием и Direct IF на передачу, и перепрограммируемых устройств частотной селекции сигнала.
Приемники (как и передатчики) с цифровой ПЧ являются на настоящий момент быстро развивающейся областью, находящей применение в современных базовых станциях 2-3 поколения. Использование цифровой ПЧ стало реальностью благодаря появлению высокоскоростных АЦП и ЦАП с большой разрядностью и высокой линейностью, а также высокопроизводительных устройств цифровой обработки сигналов. Произошедший в последние годы прорыв в технологии производства электронных компонентов и в первую очередь высокоскоростных сигнальных процессоров подстегнул интерес к этой тематике.
Важность использования цифровой ПЧ в идеологии построения приемника тесно связана с удешевлением аналоговой его части. Если параметры цифрового фильтра могут быть улучшены за счет повышения его порядка и разрядности, то для аналогового фильтра ситуация совсем иная. Параметры цифровой фильтрации и гетеродинирования на практике обычно ограничены здравым смыслом разработчика, в то время как для аналоговых устройств ограничения чисто физические, такие как самые разнообразные шумы и нелинейности. Именно этим обусловлено использование нескольких гетеродинов и поэтапной аналоговой фильтрации.
В приемной аппаратуре построение дешевого и малошумящего аналогового тракта возможно только за счет ослабления требований по фильтрации в нем сигнала и обеспечении всей необходимой избирательности в цифровом тракте. С учетом мультистандартного характера проектируемого устройства, которое к тому же может быть многоканальным, использование цифровой ПЧ представляется единственно возможным вариантом обработки принимаемого сигнала.
С передатчиком ситуация обстоит еще интереснее. Поскольку современные системы используют самые разнообразные схемы модуляции, требующие зачастую сложных и высокоточных схем формирования квадратурных компонент сигнала (зачастую многоканальных), сформировать их на нулевой частоте просто не представляется возможным.
Таким образом, использование технологии SDR обусловлено тем, что она позволяет обрабатывать и передавать сигналы с использованием разных частот и стандартов, выбор которых зависит от самых различных факторов.
Ниже на рис. 1 и 2 соответственно иллюстрируются основные недостатки традиционного аналогового подхода и достоинства использования цифрового SDR приемника для построения радиоприемных каналов.
Принятые на рис. 1 и рис. 2 сокращения: ВЧ - высокая частота; ПЧ - промежуточная частота; НЧ - низкая частота.
Недостатки традиционного аналогового приемника: требуется точная настройка; чувствительный к температуре и разбросу параметров компонентов; нелинейные искажения; сложно строить перестраиваемые фильтры и фильтры с подавлением более 60ДБ.
Достоинства SDR приемника: не требует настройки; низкая чувствительность к температуре и разбросу параметров компонентов; простая реализация перестраиваемых фильтров с подавлением более 100Дб; высокая точность и широкий диапазон перестройки фазы и частоты гетеродина.
Источник: multicore.ru