Radio được xác định bằng phần mềm (SDR) là một trong những thay đổi quan trọng nhất trong lĩnh vực truyền thông không dây. Đài phát thanh truyền thống dựa vào các mạch tương tự cố định để lọc, trộn và điều chế, trong khi SDR thì khác vì nó chuyển hầu hết công việc xử lý sang miền kỹ thuật số. Bằng cách thay thế chức năng tập trung vào phần cứng bằng các thuật toán điều khiển bằng phần mềm, SDR đã đạt được tính linh hoạt vô song, cho phép các nhà thiết kế nâng cấp chức năng, thích ứng với các giao thức mới và kéo dài vòng đời hệ thống mà không cần thiết kế lại phần cứng.
Khả năng cấu hình lại nhanh chóng này khiến SDR không thể thiếu trong 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.
Sự khác biệt giữa SDR và các hệ thống vô tuyến truyền thống là gì
Trong các máy thu RF truyền thống, hầu hết công việc được thực hiện bởi các thành phần tương tự: bộ trộn xuống chuyển đổi tín hiệu đầu vào, bộ lọc định dạng phổ và bộ điều biến hoặc bộ giải điều chế phục hồi thông tin. Chuỗi mô phỏng này không linh hoạt và dễ bị nhiễu, cần phải thiết kế lại cho từng dải tần hoặc tiêu chuẩn mới.
Ngược lại, SDR giảm thiểu mặt trước tương tự đến mức tối thiểu - thường chỉ có ăng-ten và mạch mặt trước RF cơ bản (Hình 1). Sau khi dạng sóng đầu vào được số hóa bằng bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC), khối lượng công việc nặng nề sẽ được phần mềm hoàn thành. Điều chế, giải điều chế, lọc kênh, sửa lỗi và giải mã đều 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 thành tín hiệu RF, tín hiệu này cũng được điều khiển bởi các quy trình phần mềm.
Hình ảnh quy trình SDR cơ bản
Hình 1: Quy trình SDR cơ bản. (Nguồn hình ảnh: iWave Global)
Sự chuyển đổi này mang lại sự linh hoạt to lớn: cùng một phần cứng không dây có thể hỗ trợ Wi Fi hôm nay, dải tần 5G vào ngày mai và liên lạc chiến thuật an toàn vào ngày mai - tất cả chỉ với các bản cập nhật phần mềm.
RFSoC: Nền tảng lý tưởng cho SDR
Xây dựng SDR hiệu suất cao yêu cầu bộ chuyển đổi cực nhanh, cấu trúc xử lý mạnh mẽ và kênh dữ liệu có độ trễ thấp. Dòng Zynq ™ UltraScale+ ™ của AMD 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 điều khiển phần mềm ®
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 yêu cầu hiệu suất và độ chính xác về thời gian cực cao, RFSoC có thể cung cấp giải pháp một chip 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 các tín hiệu tần số RF, trong khi RF-DAC có thể tạo ra đầu ra băng thông cực rộng, cả hai đều không cần phụ thuộc vào các giai đoạn chuyển đổi xuống trung gian.
Điều này cho phép xây dựng một giá vô tuyến "gần như hoàn toàn kỹ thuật số", trong đó các tiêu chuẩn như Wi Fi 2,4 GHz, radio 5G mới khoảng 3,5 GHz và tần số di động từ 800 MHz đến 1,8 GHz đều có thể được số hóa và xử lý trực tiếp. Ngược lại, nhiều nền tảng SDR hiện tại bị giới hạn ở tốc độ lấy mẫu chỉ vài chục hoặc hàng trăm MHz, do đó phải dựa vào các bộ trộn tương tự để chuyển tín hiệu xuống các tần số trung gian.