Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Вторник, 13 ноября
 
 


Это интересно!

Новости


Обзоры, аналитика

Итоги Премии «Живая электроника России — 2018»


Интервью, презентации

Ранее

Инь и Янь в вопросах согласования. Часть 3*

Это заключительная часть учебной статьи, охватывающей основы теории согласования СВЧ-цепей.

Распространенные ошибки при проектировании электроники

Статья, опубликованная в журнале «Новости электроники» 1/2008, посвящена практическим вопросам повышения качества разработок в электронике. Рассмотрены вопросы предотвращения деформации корпусов электронных компонентов, повышения надежности паяных соединений и продления срока службы электролитических конденсаторов.

Инь и Янь в вопросах согласования. Часть 2

Эта учебная статья охватывает основы теории согласования, начиная с простых Г-образных цепей и заканчивая более сложными концепциями.

 

15 сентября

SDR — программно-конфигурируемое радио

В статье кратко рассматриваются основные особенности и методы построения программно-конфигурируемого радио SDR, которое завоевывает все большую популярность благодаря увеличению производительности и снижению стоимости DSP-процессоров и матриц FPGA. Описаны основные архитектуры и указаны главные проблемы развития приложения. В библиографической ссылке приведен значительный список литературы, позволяющий разработчику глубже вникнуть в суть вопроса.





Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.

Скрыть/показать html версию статьи
background image
ТЕОРИЯ
И
ПР
АК
ТИК
А
131
электронные компоненты №9 2008
В статье кратко рассматриваются основные особенности и методы
построения программно-конфигурируемого радио SDR, которое заво-
евывает все большую популярность благодаря увеличению произво-
дительности и снижению стоимости DSP-процессоров и матриц FPGA.
Описаны основные архитектуры и указаны главные проблемы развития
приложения. В библиографической ссылке приведен значительный спи-
сок литературы, позволяющий разработчику глубже вникнуть в суть
вопроса.
SDR — ПРОГРАММНО-
КОНФИГУРИРУЕМОЕ РАДИО
ЕкатЕрина клюЕва, редактор, журнал «Электронные компоненты»
ввЕдЕниЕ
Современные ноутбуки, сотовые
телефоны, КПК и прочие мобильные
устройства имеют множество допол-
нительных функций, позволяющих
поддерживать связь друг с другом,
выходить в Интернет, обмениваться
информацией, слушать радио, управ-
лять различными устройствами и т.п.
Зачастую одно и то же устройство
оснащено поддержкой нескольких
стандартов и методов передачи,
причём как проводных, так и бес-
проводных. Однако для корректной
одновременной работы несколь-
ких приложений необходимо, чтобы
информация
передавалась
по
нескольким параллельным каналам.
Сейчас это реализуется с помощью
многоядерных процессоров или
на нескольких кристаллах. Но есть
более подходящий путь: использова-
ние программно-конфигурируемого
радио — Software Defined Radio (SDR).
Все его настройки и параметры зада-
ются программно, а само устройство
помещается на одном кристалле,
имеет очень малый размер и зна-
чительные функциональные возмож-
ности.
ОснОвныЕ ОсОбЕннОсти SDR
Конфигурация SDR происходит
либо с помощью программного обе-
спечения, либо (и) посредством аппа-
ратных средств. Для этой цели в SDR
используются DSP-процессоры или (и)
матрицы FPGA. Программным мето-
дом настраиваются рабочая частота,
полоса пропускания, скорость, коли-
чество несущих, тип модуляции и
другие параметры. Новые параметры
либо загружаются с носителя или по
беспроводному каналу, либо вводятся
напрямую и другими методами. Это
очень удобно, поскольку для измене-
ния параметров схемы её не нужно
переделывать.
SDR
переводит
аналоговые
РЧ-сигналы, занимающие различные
полосы в спектре, в поток цифро-
вых данных, который после обработ-
ки снова переводится в аналоговую
форму.
Однако SDR — это не только про-
граммное обеспечение. Расчёты пока-
зывают, что полностью программная
реализация не оптимальна как по
потреблению, так и по эффективности.
Для некоторых операций, например
передачи или усиления сигнала, в силу
их природы оптимальна аппаратная
реализация. Ключевые особенности
программно-конфигурируемого радио
перечислены ниже.
1. Многополосность. Для решения
ряда задач требуется одновременная
работа на нескольких частотах. Обычно
для этого используют несколько при-
ёмников с разными диапазонами.
Программируемое радио может заме-
нить их и работать как на одной полосе
частот, так и на нескольких одновре-
менно.
2. Многоканальность. SDR может
работать одновременно на нескольких
частотах, например, передавать дан-
ные и голос на двух разных несущих
частотах.
3. Способность одновременной
работы в разных стандартах (AM, FM,
GMSK, CDMA и др.).
4. Возможность передавать данные с
разной скоростью, например, при одно-
временной работе с двумя сигналами в
разных стандартах или при обработке
частей одного и того же сигнала (много-
скоростной фильтр).
5. Полоса пропускания програм-
мируемого радио определяется циф-
ровыми фильтрами, поэтому её можно
легко менять. Более того, цифровые
фильтры не реагируют на некоторые
помехи, а также могут компенсиро-
вать искажения, вносимые линией
передачи.
ПринциП рабОты и ОснОвныЕ
архитЕктуры
Технология SDR основана на исполь-
зовании методов цифровой обработки
сигналов с помощью DSP-процессоров
или матриц FPGA. Аналоговый сигнал
антенны переводится в цифровой, обра-
батывается, затем снова преобразуется
в аналоговый.
Существует несколько архитектур
для программной части SDR:
1. FGA (Fine-Grained reconfigurable
Arrays) — мелкозернистые перепро-
граммируемые матрицы;
2. СGA (Сoarse-Grained reconfigurable
Arrays) — крупнозернистые перепро-
граммируемые матрицы.
Первая архитектура очень гибкая, но
обладает одним большим недостатком —
из-за огромного числа межсоединений
увеличивается потребление энергии.
Второй вариант лишён этого недо-
статка. Матрицы СGA состоят из мень-
шего числа функциональных блоков,
однако блоки сами по себе становятся
сложнее. Ещё одно преимущество этой
архитектуры в том, что для неё уже раз-
работаны компиляторы С.
3. Архитектуры с командными сло-
вами очень большой длины VLIW;
4. Векторные архитектуры (один
поток команд — много потоков данных
SIMD).
Достоинство первых — хорошие
компиляторы, позволяющие получить
самые оптимальные программы. Вторые
выигрывают в эффективности использо-
вания энергии.
Однако традиционные VLIW архи-
тектуры с общим файлом регистров не
позволяют выполнять много, скажем
больше восьми, параллельных опера-
ций из-за высокой сложности реализа-
ции файла регистров и сети пересылки
операндов.
Приёмники и передатчики SDR быва-
ют двух типов: супергетеродинные и
прямого преобразования.
background image
132
ТЕОРИЯ
И
ПР
АК
ТИК
А
www. elcp.ru
Супергетеродинная
структура
более распространена. Это связано
с тем, что она обеспечивает хорошие
характеристики на довольно большом
диапазоне частот. Супергетеродинные
схемы обладают хорошей селектив-
ностью и чувствительностью на всём
диапазоне.
Приёмники и передатчики прямого
преобразования более просты и харак-
теризуются малой степенью интеграции.
Они применяются там, где требования
к характеристикам системы не очень
жёсткие.
Общая структура супергетеродинно-
го приёмника и передатчика с несколь-
кими несущими приведена на рисун-
ках 1 и 2.
ПрОблЕмы и рЕшЕния
Поскольку полоса частот прини-
маемого сигнала заранее неизвестна,
то АЦП должен иметь максимально
возможную частоту дискретизации,
чтобы охватить наибольший диапа-
зон. Именно АЦП определяет харак-
теристики всего радио, поэтому от
его выбора многое зависит. Благодаря
появлению быстродействующих АЦП
с небольшим шумом, например,
ADS5463 (12 разрядов, 500 млн пре-
образований в секунду, отношение
сигнал/шум около 60 дБ) то, что рань-
ше было невозможным, становится
реальностью.
Существует и другая проблема,
ключ к решению которой пока ещё
не найден. Дело в том, что в услови-
ях довольно быстрого развития бес-
проводных технологий необходима
функциональная гибкость SDR, ведь
оно должно поддерживать практи-
чески все стандарты. В то же время
мощность потребления должна быть
минимальной, чтобы батарейки хвата-
ло на довольно большой промежуток
времени.
Для снижения мощности потре-
бления на программном уровне
предлагается вводить функциональ-
ную гибкость только там, где это
мало отразится на потреблении, либо
где это очень выгодно, то есть когда
появляются такие возможности,
которые впоследствии существенно
помогут оптимизировать или упро-
сить схему.
На схемотехническом уровне необ-
ходимо повышать эффективность
использования энергии. Можно, напри-
мер, управлять энергией передачи так,
чтобы потребление схемы было мини-
мальным без ущерба качеству связи.
Для этого в схему вводят специальные
регулировочные узлы, которые меняют
характеристики работы в соответствии
с требованиями того или иного стан-
дарта и контролируют потребляемую
энергию; либо проводят схемотех-
ническую оптимизацию. Другой под-
ход — оптимизация протоколов, то
есть подбирается такое соотношение
между скоростью и мощностью пере-
дачи, чтобы потребление было мини-
мальным.
ПЕрсПЕктивы
Над разработкой SDR сейчас
работают IMEC, Altera и BittWare,
ESD,
Nallatech,
Samsung,
NXP
Semiconductors, T3G Technologies и
другие компании.
В центре IMEC уже разработан про-
тотип чипа SDR, который имеет всего
одну полосу пропускания и поддер-
живает WiFi, WiMax, мобильное теле-
видение и 3GPP LTE. Переключение
и настройка диапазонов передачи
осуществляется только программным
методом. Это не самое удачное реше-
ние, но уже первый шаг на пути к
настоящему SDR.
В прошлом году появились специ-
альные методы оптимизации программ,
которые позволяют автоматически
выбросить неиспользуемый код и подо-
брать оптимальный размер памяти для
данной системы.
Чипы SDR заменяют многие другие
устройства, обеспечивая гибкость и
сохраняя скорость и удобство работы.
Технология SDR не решает всех вопро-
сов систем связи, однако предлагает
разумный подход ко многим из них.
Она, несомненно, будет развиваться и
совершенствоваться.
ЗаключЕниЕ
В будущем системы связи будут
совмещать множество технологий
передачи информации. С точки зре-
ния пользователя это означает, что
все возможные операции можно
будет проводить с помощью одного и
того же устройства. Для этого нужна
поддержка всех скоростей работы,
типов модуляции, физических полос
пропускания и несущих частот в
одном устройстве. Возможно, потре-
буется наличие нескольких антенн и
передатчиков для работы параллель-
ных приложений. Такие системы уже
начинают появляться. Однако про-
блем на пути к системам программно-
определяемой связи остаётся ещё
очень много.
Литература
http://www.dspdesignline.com/showArticle.
jhtml?articleID=207401351.
Рис. 1. Супергетеродинный приёмник
Рис. 2. Супергетеродинный передатчик
Оцените материал:

Автор: Екатерина Клюева, редактор, журнал «Электронные компоненты»



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2018 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты