Материал: Системы подвижной радиосвязи. лабораторный практикум. Федоров С.М., Бойко О.В

устройства и улучшать его характеристики с минимальными затратами. В частности, SDR позволяет быстро добавлять новые типы модуляции, протоколы передачи и т. д. В случае аппаратной реализации это потребовало бы изготовление новой схемы.

Недостатки у SDR тоже есть. Во-первых, это сложность программного обеспечения, затраты на разработку, в том числе временные, большее энергопотребление и в некоторых случаях ограниченный частотный диапазон.

Основные элементы SDR–АЦП, ЦАП и сигнальные процессоры DSP. Частота выборки преобразователя постоянно повышается, преодолев уже гигагерцевый рубеж.

Например, преобразователь ADC12Dxx00RF Texas Instruments

имеет частоту выборки до 3,6 млрд выб/с. Наряду со скоростью преобразования важным фактором является быстродействие процессора, который должен успевать обрабатывать данные. По большому счету вместо сигнального процессора можно использовать процессор общего назначения. Однако не всегда его использование будет оптимально, поскольку встречаются алгоритмы, для реализации которых требуются специализированные функции. Другой подход – использовать заказной сигнальный процессор, имеющий специальную архитектуру, встроенную память и набор арифметико-логических инструкций, благодаря которым его быстродействие будет максимально высоким.

Все чаще DSP реализуются на матрицах FPGA. Такие функции, как быстрое преобразование Фурье, могут быть выполнены с помощью цифровых логических схем и легко реализованы на FPGA. Поскольку стоимость матрицы постоянно снижается, они приобретают все большую привлекательность в качестве замены сигнальным процессорам. Еще один вариант – логические элементы с жесткими соединениями, которые можно использовать для

программирования, таких как протоколы связи. Логические схемы имеют высокое быстродействие и малое потребление, занимают немного места на кристалле. Такие логические блоки часто называют аппаратными ускорителями.

Основная мысль SDR-системы – это максимальный перенос операций в цифровую форму. В идеале АЦП должен стоять непосредственно после приемной антенны. Во многом именно по этой причине развитие SDR задерживалось (хотя стоит признать, военные начали использовать данную архитектуру достаточно давно).

Характеристики АЦП во многом будут обеспечивать возможности применения всего SDR-приемника. Цифровую обработку сигнала можно производить посредством цифрового сигнального процессора (ЦСП), программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) или микросхемы ASIC, которые представляют собой микросхему, заточенную под определенную цель. Наибольшую гибкость системе предоставляют ЦСП, а наибольшую производительность – ASIC. Характеристики ПЛИС и по гибкости, и по производительности находятся примерно посередине, но микросхемы ASIC финансово невыгодно использовать. Разработка устройства будет происходить слева-направо, от антенны, поэтому выбирать ПЛИС стоит тогда, когда знаете, что получите на выходе АЦП. Теперь, когда мы имеем общее представление о SDR-системе, можно представить, какие преимущества они нам дают по сравнению

страдиционными системами:

–уменьшение массы, габаритов изделия и потребляемой мощности;

–упрощение конструкции;

–уменьшение стоимости (при учете использования недорогих АЦП, стоит отметить, что в целом АЦП становятся лучше и дешевле);

–масштабируемость решения.

98

5. Универсальная программируемая радиопериферия (USRP) – это открытая аппаратура, разработанная Мэттом Эттасом, которую можно заказать через его компанию Ettus Research. Это передатчик, который может быть подключен к компьютеру и приспособлен к определённым частотам за счёт дополнения платами расширения. USRP содержит программируемый FPGA (ПЛИС), который может быть использован для выполнения некоторых видов обработки сигналов. В стандартной конфигурации USRP создаёт 16битные I и Q сэмплы при приёме заданной частоты. Эти комплексные сэмплы с реальной частью (Q) описывают косинус сигнала, а мнимая часть (I) описывает синус сигнала плюс 90 градусов. Таким образом, один сэмпл занимает 32 бита и может быть послан на хост–компьютер через коммуникационный порт для дальнейшей обработки.

На данный момент существует два типа оборудования: USRP и USRP2. USRP (или USRP1) может принимать сигналы в диапазоне шириной 32 MHz и передавать в диапазоне шириной 64 MHz. Он передаёт сэмплы на хост-компьютер через соединение USB2.0, которое имеет практически максимальную пропускную способность 32 Мб/с. USRP2 может принимать на диапазоне шириной 50MHz и передавать на диапазоне шириной 200MHz. В сравнении с USRP1, USRP2 также содержит более быструю FPGA (ПЛИС) и гигабитный ethernet вместо USB-соединения.

USRP2 (рис. 63) содержит внутренний генератор частоты 64 MHz (кристаллический clock-осциллятор), в то время как большинство GSM-телефонов имеет символьный clock-генератор со значительно большей степенью точности. Разумеется, 64 MHz сэмплы могут быть пересэмплированы на 13 MHz, однако это внесёт дополнительные вычислительные затраты. При этом USRP-осцилляторы значительно менее аккуратны и могут показывать значительный дрейф по отношению к системным часам GSM, что приводит к плохим результатам приёма. Использование более точных внешних

99