認知無線電：現(xiàn)場可編程射頻器件提供突破性的機會

毫無疑問，隨著速度更快、價格更低的多內核處理器和存儲器的推出，基帶技術在不斷地向前穩(wěn)步發(fā)展，而射頻芯片自然也不會止步不前。

認知無線電

概念源自于人們認識到大多數(shù)時候的射頻頻譜利用率太低。頻譜的貨幣價值體現(xiàn)在電信公司樂意為蜂窩頻段支付的數(shù)十億美元,這極大地推動了管理機構認真考慮如何 最佳使用這個寶貴資源。認知無線電背后的概念是，設備尋找一個免費的信道，并與接收端交換頻率和調制細節(jié)，最終使兩端同時調諧到免費信道。

術 語“具有射頻意識”的意思是，認知無線電必須能夠及時檢測出當前時刻周邊的無線電環(huán)境。這就要求設備了解哪些頻段可用，哪些頻段是不允許使用或受限制的， 比如保留給軍事用途的頻率。建立未占用信道的一種方式是掃描整個潛在可用的頻譜，并檢測每個點的射頻功率密度。這就需要一個非常靈巧和可編程的接收器，它 能以精密受控的方式掃描幾十個頻段。當然，這也意味著發(fā)射器要具有同樣的靈活性。

一家名為Lime Microsystems的英國公司于2006年開始開發(fā)最具靈活性的無線電收發(fā)器，并做成單芯片的形式提供了一種極具成本效益的射頻解決方案。這種通用收發(fā)器的目標市場是新興的小型蜂窩基站市場，包括飛蜂窩(femtocell)以及與基礎設施相關的其它設備，如中繼器和遠程無線電頭端。最終推出的Lime器件不僅是認知無線電、也是軟件無線電(SDR)應用的理想選擇。

在飛蜂窩開發(fā)的早期階段，未來還相當不確定，因為有許多障礙需要克服。蜂窩運營商面臨的三大挑戰(zhàn)是：低成本，“即插即用”，不會干擾宏基站信號。

從 歷史上看，那些想要擴容的運營商會雇用頻率規(guī)劃人員繪制每個基站的覆蓋圖，然后作出一個在增加新發(fā)射機時不會造成干擾的規(guī)劃。這種做法對于飛蜂窩來說明顯 是不可能的，因為它們是以大批量的方式部署在家庭或客戶的商業(yè)場所。這反過來要求飛蜂窩中的射頻單元必須能夠掃描可用的頻段，并識別被當?shù)睾昊臼褂玫念l 率。嵌入在設備單元中的智能應當為飛蜂窩選擇可用的替代頻率。由于在全球范圍內已被采用的頻率數(shù)量巨多，因此情況更為復雜。而長期演進(LTE)和 LTE-Advnaced的推廣又進一步加劇了這種情形，使得全球在用的不同頻段總數(shù)超過了40個。

半導體制造經(jīng)濟更鐘情于大批量銷售的單個器件，不喜歡產(chǎn)生各種較少批量的“點式解決方案”。在這種應用中，答案是做成一種在整個頻譜中都可編程的器件。然而，這可不是那么容易。

Lime將第一種高集成度“通用”射頻芯片命名為現(xiàn)場可編程射頻(FPRF) 器件。這種器件規(guī)范要求很寬的頻率范圍，從較低的300MHz下限值開始，連續(xù)覆蓋到3800MHz，范圍的高低頻率比超過了12:1。使用混頻器得到固 定中頻(IF)的典型超外差架構被直接轉換或零中頻所替代，從而減少了芯片的復雜性。這反過來對用作本振的接收器和發(fā)射器鎖相環(huán)(PLL)提出了要求，因 為它們也需要覆蓋整個范圍。解決方案是使用一種能夠整合數(shù)字邏輯與高性能模擬及射頻模塊的混合信號技術。最終生成的PLL可以使用可編程小數(shù)N分頻器和范 圍為23MHz至41MHz的共享參考輸入時鐘從單一時鐘產(chǎn)生整個范圍的射頻頻率。這為FPRF時鐘提供了更大的靈活性，因為它能使用包括主系統(tǒng)時鐘在內 的任何穩(wěn)定資源達到節(jié)省成本的目的。

為FPRF器件選擇的半導體工 藝是來自一家美國代工廠的BiCMOS技術，它支持芯片中使用的高性能電路的模擬和數(shù)字單元要求。設計包含片上的雙路模數(shù)(ADC)和數(shù)模(DAC)轉換 器。這些ADC為基帶芯片提供組織為同步(I)和正交(Q)分量的數(shù)字比特流接收信號，或者接收器可以輸出模擬信號?；鶐骷S后可以通過處理這些 IQ數(shù)據(jù)恢復出發(fā)送的語音或數(shù)據(jù)。

圖1：FPRF接收器框圖。