认知无线电:现场可编程射频器件提供突破性的机会

时间:2022-03-17作者:佚名

认知无线电背后的概念是,设备寻找一个免费的信道,并与接收端交换频率和调制细节,最终使两端同时调谐到免费信道。术语“具有射频意识”的意思是,认知无线电必须能够及时检测出当前时刻周边的无线电环境。这就要求设备了解哪些频段可用,哪些频段是不允许使用或受限制的,比如保留给军事用途的频率。建立未占用信道的一种方式是扫描整个潜在可用的频谱,并检测每个点的射频功率密度。这就需要一个非常灵巧和可编程的接收器,它能以精密受控的方式扫描几十个频段。当然,这也意味着发射器要具有同样的灵活性。

一家名为Lime Microsystems的英国公司于2006年开始开发最具灵活性的无线电收发器,并做成单芯片的形式提供了一种极具成本效益的射频解决方案。这种通用收发器的目标市场是新兴的小型蜂窝基站市场,包括飞蜂窝(femtocell)以及与基础设施相关的其它设备,如中继器和远程无线电头端。最终推出的Lime器件不仅是认知无线电、也是软件无线电(SDR)应用的理想选择。

在飞蜂窝开发的早期阶段,未来还相当不确定,因为有许多障碍需要克服。蜂窝运营商面临的三大挑战是:低成本,“即插即用”,不会干扰宏基站信号。

从历史上看,那些想要扩容的运营商会雇用频率规划人员绘制每个基站的覆盖图,然后作出一个在增加新发射机时不会造成干扰的规划。这种做法对于飞蜂窝来说明显是不可能的,因为它们是以大批量的方式部署在家庭或客户的商业场所。这反过来要求飞蜂窝中的射频单元必须能够扫描可用的频段,并识别被当地宏基站使用的频率。嵌入在设备单元中的智能应当为飞蜂窝选择可用的替代频率。由于在全球范围内已被采用的频率数量巨多,因此情况更为复杂。而长期演进(LTE)和LTE-Advnaced的推广又进一步加剧了这种情形,使得全球在用的不同频段总数超过了40个。

半导体制造经济更钟情于大批量销售的单个器件,不喜欢产生各种较少批量的“点式解决方案”。在这种应用中,答案是做成一种在整个频谱中都可编程的器件。然而,这可不是那么容易。

Lime将第一种高集成度“通用”射频芯片命名为现场可编程射频(FPRF)器件。这种器件规范要求很宽的频率范围,从较低的300MHz下限值开始,连续覆盖到3800MHz,范围的高低频率比超过了12:1。使用混频器得到固定中频(IF)的典型超外差架构被直接转换或零中频所替代,从而减少了芯片的复杂性。这反过来对用作本振的接收器和发射器锁相环(PLL)提出了要求,因为它们也需要覆盖整个范围。解决方案是使用一种能够整合数字逻辑与高性能模拟及射频模块的混合信号技术。最终生成的PLL可以使用可编程小数N分频器和范围为23MHz至41MHz的共享参考输入时钟从单一时钟产生整个范围的射频频率。这为FPRF时钟提供了更大的灵活性,因为它能使用包括主系统时钟在内的任何稳定资源达到节省成本的目的。

为FPRF器件选择的半导体工艺是来自一家美国代工厂的BiCMOS技术,它支持芯片中使用的高性能电路的模拟和数字单元要求。设计包含片上的双路模数(ADC)和数模(DAC)转换器。这些ADC为基带芯片提供组织为同步(I)和正交(Q)分量的数字比特流接收信号,或者接收器可以输出模拟信号。基带器件随后可以通过处理这些I*Q数据恢复出发送的语音或数据。

图1:FPRF接收器框图。

在发送侧,基带电路提供由流进DAC的I*Q数据调制的射频输出。在收发路径上芯片都有滤波器,这些滤波器可以针对各种不同带宽进行编程。这样就可以将信号限制在感兴趣的带宽内,并衰减掉由数据转换器引入的不可避免的混叠和量化噪声。每个放大器均可提供可编程的增益,同时芯片针对接收到的信号提供低噪声放大器(LNA)选择。器件可以通过串行接口(SPI)连接进行编程,因此操作非常方便快捷。

图2:FPRF发送功能框图。

这份简要说明应该介绍一下为什么Lime的FPRF器件适合认知无线电。这种器件能够满足灵活、频率多变设备的低功耗和经济性要求。在大多数应用中,数字处理和控制是由现场可编程门阵列(FPGA)完成的。

相关阅读

一分钟读懂变配电房平面布置图:别绕远,看这4个对称

很多人看变配电房平面布置图,一上来就盯着柜子画得像不像、门开在哪、线怎么走,结果越看越乱。发哥一句话总结:平面布置图不是“画个摆放”,它是你拿来复盘校核的&mda...
2026-07-11
一分钟读懂变配电房平面布置图:别绕远,看这4个对称

确定隧道照明功率密度的方法

如何合理地确定公路隧道LPD值是隧道照明节能标准制定的关键。虽然建筑和城市道路照明 节能标准中已经规定了LPD值,并也介绍了确定LPD值的方法。但由于隧道照明的特殊性和复杂性,...
2022-07-15

涨知识:PLC 编程的语言及其特点与适用场合

一、引言 在现代工业自动化领域,可编程逻辑控制器(PLC)扮演着至关重要的角色。PLC 作为一种专门用于工业控制的计算机,其编程的灵活性和功能性对于实现复杂的控制任务至关重要。...
2024-08-21
涨知识:PLC 编程的语言及其特点与适用场合

进行桥梁灯光亮化工程这三点要注意

大家应该都有亲眼目睹,景观亮化工程近几年受到政府的大力支持,城市发展的好与坏可以从夜景亮化来体现出来,而 桥梁灯光亮化工程 也是属于景观亮化的一部分,在未来的亮化工...
2022-08-31
进行桥梁灯光亮化工程这三点要注意

高层楼体亮化设计中灯光色彩的运用

在我们的生活中不难发现,亮化工程在我们的生活中已经得到了广泛的运用,尤其是 高层楼体亮化设计 ,包含的面就比较广泛,一般都会有这三个面组合而成,分别是楼的外立面照明...
2022-08-31
高层楼体亮化设计中灯光色彩的运用

热销商品

电工胶带绝缘胶带PVC电胶布防水阻燃超粘耐温黑胶布汽车线束胶带

电工胶带是一款专业的电力电工用材,具备绝缘、PVC材质特性,可有效保障电气线路绝缘性能,防止电流外泄引发漏电风险。其采用防水、阻燃、超粘、耐温等设计,能适应复杂...
¥ 2.4

氟胶O型圈耐高温密封圈线径1-10mm现货可订做大尺寸胶圈非标异形

氟胶O型圈采用高性能氟橡胶(FKM)材料制成,具有卓越的耐高温、耐油、耐化学腐蚀性能,长期使用温度可达200℃以上,短期可耐受250℃高温。线径规格覆盖1–10mm,现货充足,支...
¥ 0.4

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.91

100%桑蚕丝香云纱饰品发圈发夹口罩眼罩发带腰封直播专拍单拍无效

100%桑蚕丝香云纱饰品系列,精选天然桑蚕丝与非遗香云纱工艺匠心打造,质感柔滑亲肤,光泽雅致,尽显东方韵味。包含发圈、发夹、口罩、眼罩、发带、腰封等多款实用配饰,适...
¥ 1

橱柜灯层板柜子线型灯LED免焊接餐边柜子灯感应灯衣柜鞋酒柜灯带

橱柜灯层板柜子线型灯LED免焊接餐边柜子灯感应灯衣柜鞋酒柜灯带是一种用于家居照明的灯具,具有多种款式和功能。这些灯具通常采用LED光源,具有节能、环保的优点,且使...
¥ 4.4

网站栏目