Phần mềm Radio (SDR) là một trong những thay đổi quan trọng nhất trong lĩnh vực truyền thông không dây. Không giống như các đài truyền thống dựa vào các mạch tương tự cố định để lọc, trộn và điều chế, SDR chuyển hầu hết quá trình xử lý sang miền kỹ thuật số. Bằng cách thay thế các tính năng tập trung vào phần cứng bằng thuật toán điều khiển bằng phần mềm, SDR mang đến sự linh hoạt chưa từng có, cho phép các nhà thiết kế nâng cấp khả năng, thích ứng với các giao thức mới và kéo dài vòng đời hệ thống mà không cần thiết kế lại phần cứng.g.
Khả năng cấu hình lại nhanh chóng này khiến SDR không thể thiếu đối với nhiều ứng dụng từ hệ thống phòng thủ và hàng không vũ trụ đến cơ sở hạ tầng 5G, thông tin vệ tinh và thiết bị kiểm tra điện tử.
SDR khác với các hệ thống vô tuyến truyền thống như thế nào
Trong các máy thu RF truyền thống, hầu hết công việc được thực hiện bởi các thành phần tương tự: bộ trộn chuyển đổi tín hiệu đầu vào xuống, bộ lọc định hình lại phổ và bộ điều biến hoặc bộ giải điều chế phục hồi thông tin. Liên kết analog này không linh hoạt và dễ bị nhiễu và cần được thiết kế lại cho từng băng tần hoặc tiêu chuẩn mới.
Ngược lại, SDR giảm thiểu mặt trước tương tự - thường chỉ có ăng-ten và mạch mặt trước RF cơ bản (Hình 1). Dạng sóng đầu vào được số hóa bằng bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) và phần mềm sẽ hoàn thành công việc nặng nhọc. Điều chế, giải điều chế, lọc kênh, sửa lỗi và giải mã được thực hiện bằng kỹ thuật số. Tương tự, trong quá trình truyền, Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) chuyển đổi dữ liệu đã xử lý trở lại tín hiệu RF, tín hiệu này cũng được điều khiển bởi quy trình phần mềm.
Hình ảnh quy trình SDR cơ bản
Hình 1: Quy trình SDR cơ bản. Nguồn ảnh: iWave Global)
Sự thay đổi này mang lại sự linh hoạt to lớn: cùng một phần cứng vô tuyến có thể hỗ trợ Wi-Fi hôm nay, 5G vào ngày mai và bảo mật liên lạc chiến thuật vào ngày mai – tất cả đều có bản cập nhật phần mềm.
RFSoC: Nền tảng lý tưởng cho SDR
Việc xây dựng SDR hiệu suất cao đòi hỏi bộ chuyển đổi cực nhanh, cấu trúc xử lý mạnh mẽ và kênh dữ liệu có độ trễ thấp. Zynq dành cho AMD ™ UltraScale+ ™ Dòng RFSoC đáp ứng các yêu cầu này bằng cách tích hợp các thiết bị sau:
Lấy mẫu nhiều gigabit RF-ADC và RF-DAC
Thiết bị logic lập trình FPGA cho DSP thời gian thực
Cánh tay nhúng cho bộ xử lý Software Control ®
Bộ nhớ tốc độ cao và giao diện thu phát
RFSoC tích hợp nhiều thiết bị riêng biệt được yêu cầu trước đây vào một thiết bị duy nhất, giúp đơn giản hóa đáng kể việc thiết kế bảng mạch. Việc tích hợp này giúp giảm mức tiêu thụ điện năng, giảm độ trễ và cải thiện tính toàn vẹn của tín hiệu. Đối với các ứng dụng RF thời gian thực có yêu cầu về hiệu suất và độ chính xác về thời gian rất cao, RFSoC cung cấp giải pháp toàn diện với độ trễ cực thấp và đồng bộ hóa chặt chẽ.
Sức mạnh của việc lấy mẫu RF trực tiếp
Một trong những ưu điểm quyết định của RFSoC là khả năng hỗ trợ nhiều tốc độ lấy mẫu GSPS. RF-ADC của nó có thể thu trực tiếp tín hiệu tần số RF, trong khi RF-DAC có thể tạo ra đầu ra băng tần cực rộng và cả hai đều không phụ thuộc vào giai đoạn chuyển đổi xuống trung gian.
Điều này giúp có thể hình thành các giá vô tuyến "hầu như tất cả kỹ thuật số" để các tiêu chuẩn như Wi-Fi 2,4 GHz, radio mới khoảng 3,5 GHz 5G và các băng tần di động 800 MHz đến 1,8 GHz có thể được số hóa và xử lý trực tiếp. Ngược lại, nhiều nền tảng SDR sẵn có bị giới hạn ở tốc độ lấy mẫu hàng chục hoặc hàng trăm MHz và do đó phải dựa vào các bộ trộn tương tự để chuyển tín hiệu xuống tần số trung gian.
Bằng cách loại bỏ các mức tương tự này, SDR dựa trên RFSoC cho phép độ trung thực cao hơn, độ trễ thấp hơn và thiết kế nhỏ gọn hơn (Hình 2).