認(rèn)知無線電：現(xiàn)場可編程射頻器件提供突破性的機(jī)會(huì)

圖5：FPRF中發(fā)送器的軟件控制。

集成了兩個(gè)ARM處理器的FPGA將 有足夠資源運(yùn)行Linux等操作系統(tǒng)(OS)以及軟件棧。可編輯邏輯可以包含用于錯(cuò)誤檢測(cè)和糾錯(cuò)的糾錯(cuò)碼。突然的錯(cuò)誤增加一般意味著另一臺(tái)無線電設(shè)備在用 相同頻率發(fā)射信號(hào)。在這種情況下，軟件可以決定重新掃描免費(fèi)頻率，并與遠(yuǎn)端接收器協(xié)商切換到另外一個(gè)信道上。FPRF還能夠在跳頻系統(tǒng)中工作。在這種跳頻 系統(tǒng)中，信道將根據(jù)預(yù)先定義的順序周期性的改變，常見于安全通信。

適應(yīng)各種調(diào)制方案和不同帶寬的能力使得認(rèn)知無線電能夠最優(yōu)化即時(shí)可用信道。例如，如果準(zhǔn)備在低噪聲、寬頻帶上傳輸數(shù)據(jù)，那么FPRF帶寬可以設(shè)置在 28MHz，并使用高階調(diào)制方案(如16QAM)進(jìn)行快速數(shù)據(jù)傳送。而語音則可以使用受限的帶寬設(shè)置(比如1.5MHz)在擁擠的空中電波中實(shí)現(xiàn)通信。

更 復(fù)雜的設(shè)計(jì)可以采用兩個(gè)FPRF器件完成，這種方法支持2 x 2多入多出(MIMO)傳輸。MIMO技術(shù)有許多很明顯的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兡軌蚶酶唠娖降亩鄰絺鞑シ绞皆谟性胄诺乐袑?shí)現(xiàn)可靠接收。另外，MIMO可以用來 提高信道的總體數(shù)據(jù)傳輸速率。每個(gè)FPRF器件連接到自己的收發(fā)天線，F(xiàn)PGA設(shè)計(jì)則利用額外電路完成基帶信號(hào)的解碼。

正如你預(yù)計(jì)的那樣，搭建認(rèn)知無線電仍面臨許多挑戰(zhàn)。接收器框圖顯示片上有3個(gè)低噪聲放大器(LNA)。 其中有一個(gè)針對(duì)300MHz至2800MHz的信號(hào)進(jìn)行了優(yōu)化，另外一個(gè)覆蓋1.5GHz至3.8GHz范圍，第三個(gè)LNA設(shè)計(jì)工作于完整的0.3GHz 至3.8GHz范圍。在受限帶寬下器件將有更好的靈敏度和噪聲系數(shù)，如果設(shè)計(jì)必須覆蓋整個(gè)范圍，那么這點(diǎn)是必須要考慮的。另外一個(gè)挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)非常寬帶的天 線，這些天線要求在所有信道上都具有很高的效率。對(duì)于在受限的頻率范圍工作的系統(tǒng)來說這個(gè)問題可以得到簡化。最大射頻輸出功率為1mW的Lime器件非常 適合小蜂窩要求的短覆蓋范圍，但在認(rèn)知無線電應(yīng)用中需要進(jìn)行放大。同樣，如果要求完整的射頻頻譜，這方面也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

已經(jīng) 有開源組織在研究與FRPF有關(guān)的課題。用戶可以在那里找到有用的信息、購買低成本的評(píng)估板、下載免費(fèi)的FPRF配置軟件并得到FPRF的印刷電路板版 圖。作為與認(rèn)知無線電有關(guān)的例子，用戶可以下載類似頻譜分析儀的快速傅里葉變換(FFT)顯示應(yīng)用。芯片內(nèi)的接收器通過掃描整個(gè)頻段來依次監(jiān)聽所有頻率， 并在PC機(jī)上用頻譜圖顯示即時(shí)輸出。今后還會(huì)建立開源網(wǎng)站，為對(duì)靈活無線收發(fā)器感興趣的專家和業(yè)余愛好者提供直接相關(guān)的更多項(xiàng)目。值得預(yù)期的是，網(wǎng)站將成 為軟件無線電和先進(jìn)的認(rèn)知無線電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員不可或缺的資源。

需要提醒的是，如果你計(jì)劃發(fā)射無線信號(hào)，你必須與當(dāng)?shù)毓芾頇C(jī)構(gòu)聯(lián)系以獲得允許的發(fā)射功率電平和頻率。