在军事以及航太环境中，某个团队可能会需要空运连结机组、卫星通讯、一个基地中继站、以及一组紧急发射器，再加上特定应用所需要的装置，像是UAV(无人机)作业等，彼此不同而且不相容的无线电激增是一项严重的问题。这些无线电的连结都各自具备其重要的目的，将任一项排除在外都会使作业中的团队失常。然而每种无线电无疑地会在成本、重量、以及备用电池需求方面增加成本。而当新的需求与连结加入之后，问题将会更加的复杂。

解决方案显而易见，至少在”文件”上是如此：采用可以使用于所有平台，而且能够在现场依照需求动态性重新配置的通用型全双工无线电模组。 ”单一无线电”的目标将可以减轻其负担、提供弹性与多功能性，同时更具效率以延长单组电池的运作时间，进而获得显著的SWaP（尺寸、重量、电力）优势。而那就是JTRS（联合战术无线电系统）以及软体定义无线电（SDR）之类计划的基本前提。

但是要将”通用”无线电概念加以实现，其实远比想像还要来得困难许多。虽然摩尔定律（Moore’s law）已经让必须要具备的高性能、低功率处理器（包含FPGA在内）获得了实现，但是要提供适用的整合型类比前端（AFE）却变得更加的困难。此类型功能区块－设置于天线与处理器之间，同时也是真实信号世界与数位世界间的介面－的要求非常的复杂、多变而且严苛。

一直到最近才有一款实际的类比前端适用于此类多功能无线电所需的重叠式平行通道阵列，每组都被设计成可以涵盖特定区段的RF频谱，并且具备了足以匹配所需信号格式的频宽。这种方案虽然可行，但是在最终的PC电路板基底尺寸、重量、电力上却需要耗费大量成本。

高性能单晶片类比前端解决方案

幸好，目前已经有一款新的RF IC能够因应充满挑战性的软体无线电需求，并且可以使软体无线电的概念朝实现的目标更往前迈进。来自于ADI的AD 9361 RF(射频)捷变收发器是一款宽频、可编程的前端，支援双工独立收发器通道，能够做为快速成长中的多重输入、多重输出（MIMO）区块以及非MIMO的需求。系统处理器可以针对关键参数（像是频宽与RF频率等）动态化的重新配置，以便符合应用装置的需求，并进而提供最佳化的结果。该元件也具备了能够支援频率捷变通讯协定的特点。

这款10 x 10 mm晶片等级的元件，如图1所示，具备了200 kHz 至56 MHz的使用者可调整频宽，以及其它在建构横跨70 MHz 至6 GHz信号链时所需要的特点与效能属性。使用这款2 x 2直接转换元件可以将整个类比前端缩小至一个单一而且相对简单的电路当中。该元件透过LVDS或是CMOS埠与主要处理器连结，借以增加速度与简化性。该元件内建了12位元A/D与D/A转换器、分数N型合成器、数位和类比滤波器、AGC（自动增益控制）、发射功率监测功能、正交校正、以及其它重要的功能。

该元件除了高整合性之外，其RF、类比以及混合信号性能都非常的优秀。举例来说，接收器杂讯系数低于2.5 dB，而发射器EVM（误差向量振幅）优于- 40 dB，发射器杂讯层则低于- 157 dBm/Hz。在发射与接收路径方面，为了可以进行精密的调节，本地振荡器的步进大小只有2.5 Hz。虽然该元件内建了许多的功能，但是功率消耗一般都只有1 W而已。

图一 : ADI的AD 9361是一款2 x 2的直接转换收发器IC，具有70 MHz 至6 GHz的涵盖范围，提供从200 kHz到56 MHz的用户可调整带宽，以及12位转换器分辨率。

超越IQ的系统设计

由于弹性化的宽频SDR这类型的复杂设计牵涉到主要的电路设计投入，以及演算法的开发与权衡，因此AD 9361提供一款搭配Xilinx (赛灵思公司)FPGA使用达到最佳化的参考设计。 ADI的AD -FMCOMMS2 -EBZ FMC板（FPGA夹层卡）透过单一FMC连结器连结至Xilinx主要电路板，借以提供能够支援AD 9361在2 x 2通道配置下所需要的电力与频宽，如图2所示。该电路板在软体方面可以完全客制化，不需要在硬体方面做改变，同时能够针对不同的MIMO配置提供额外的选项。

该参考设计包括电路图、电路布局、物料表、HDL、Linux驱动程式、以及应用软体等所有在验证性能与快速的系统原型建构时所需要的关键细节。除了较低阶的软体与韧体之外，使用者拥有利用Simulink以及MATlab支援的能力，这将可以实现无线电演算法与性能的程式码开发与调整。

图二 : 系统开发者能够以Xilinx FPGA使用AD 9361 FMC板进行开发、除错、评估、以及调整他们的SDR应用装置－以最少的硬件配置。

可能…比你能够做的还要更好

由于这款小巧、高性能以及弹性化的IC能够取代大量的分离式电路，因此这些分离式设计的需求似乎就应该要功成身退了。但其实不尽然如此，因为一个针对SDR全范围的特定区块、格式与频宽加以良好设计、谨慎除错以及适当布局的分离式类比前端设计，尽管会具有较大的占位面积，却可能会在该特定区块超越AD 9361 IC。

但是真正的挑战在于SDR中类比前端的极端宽频性质，这需要许多像这样的频谱特定前端，而每一个前端对于设计与评估都是一项巨大的挑战，使得最终的产品会远远的落于SwaP排名之外。因此，在权衡取舍方面就会更倾向于AD 9361 IC，因这颗IC具有足以因应大部分情况的充足RF性能，而且缺点也远远少了许多。

ADI的AD 9361 RF捷变收发器不仅只是另一款受到高度期望与乐观的技术手册所支援的”即将问世”IC而已。该元件是真实的，FMC板与工具也是真实的，而且已经被采用到两款已问市的SDR产品中：分别是Ettus Research的万用软体无线电周边（Software Radio Peripheral; USRP） 以及由Epiq Solutions开发的Maveriq 多通道可重配置式RF 收发器。

不论系统工程师是比较喜欢利用ADI FMC进行他们的SDR设计与开发，或是以现有的商业用SDR作为平台，以AD 9361为基础的总体产品封装与性能都能够为他们带来较多的优势。

关于作者

Duncan Bosworth是ADI公司航太与国防部门行销工程师。他主要任职于ADI美国威尔明顿厂。