ソフトウェア無線 (SDR) は、無線通信分野における最も重要な変化の 1 つです。従来の無線機はフィルタリング、ミキシング、変調を固定アナログ回路に依存していますが、SDR は処理作業のほとんどをデジタル領域に移行するため異なります。ハードウェア中心の機能をソフトウェア主導のアルゴリズムに置き換えることにより、SDR は比類のない柔軟性を獲得し、設計者がハードウェアを再設計することなく機能をアップグレードし、新しいプロトコルに適応し、システムのライフサイクルを延長できるようになりました。
この迅速な再構成機能により、SDR は防衛システムや航空宇宙から 5G インフラストラクチャ、衛星通信、電子試験装置に至るまで、幅広いアプリケーションに不可欠なものとなっています。
SDR と従来の無線システムの違いは何ですか
従来の RF 受信機では、ほとんどの作業がアナログ コンポーネントによって行われます。ミキサーは入力信号をダウンコンバートし、フィルターはスペクトルを整形し、変調器または復調器は情報を回復します。このシミュレーション チェーンは柔軟性に欠け、ノイズの影響を受けやすいため、新しい周波数帯域や規格ごとに再設計が必要になります。
対照的に、SDR はアナログ フロントエンドを最小限に抑えます。通常はアンテナと基本的な RF フロントエンド回路のみです (図 1)。入力波形がアナログデジタルコンバーター (ADC) によってデジタル化された後、重い作業負荷はソフトウェアによって完了します。変調、復調、チャネル フィルタリング、エラー訂正、およびデコードはすべてデジタルで実行されます。同様に、送信プロセス中に、デジタルアナログコンバータ (DAC) は処理されたデータを RF 信号に変換し直しますが、これもソフトウェア ルーチンによって制御されます。
基本的な SDR プロセスの図
図 1: 基本的な SDR プロセス。 (画像出典: iWave Global)
この変革により、驚異的な柔軟性が解放されます。同じワイヤレス ハードウェアで、今日は Wi Fi、明日は 5G 周波数帯域、明後日には安全な戦術通信をすべてソフトウェア アップデートだけでサポートできます。
RFSoC: SDR に最適なプラットフォーム
高性能 SDR を構築するには、超高速コンバータ、強力な処理構造、低遅延データ チャネルが必要です。 AMD の Zynq ™ UltraScale+ ™ RFSoC シリーズは、次のデバイスを統合することでこれらの要件を満たしています。
マルチギガビットサンプリングRF-ADCおよびRF-DAC
リアルタイム DSP 用 FPGA プログラマブル ロジック デバイス
ソフトウェア制御®プロセッサ用組み込みアーム
高速メモリとトランシーバーインターフェイス
RFSoC は、これまで必要とされていた複数のディスクリート デバイスを 1 つのデバイスに統合し、回路基板の設計を大幅に簡素化します。この統合により、消費電力が削減され、待ち時間が短縮され、信号の完全性が向上します。非常に高いタイミング精度とパフォーマンスを必要とするリアルタイム RF アプリケーションの場合、RFSoC は超低レイテンシと緊密な同期を備えたシングルチップ ソリューションを提供できます。
ダイレクト RF サンプリングのパワー
RFSoC の決定的な利点の 1 つは、複数の GSPS サンプリング レートをサポートできることです。 RF-ADC は RF 周波数信号を直接キャプチャでき、RF-DAC は超広帯域出力を生成でき、どちらも中間のダウン コンバージョン ステージに依存しません。
これにより、2.4 GHz Wi Fi、3.5 GHz 付近の 5G 新しい無線、800 MHz ～ 1.8 GHz のセルラー周波数などの規格をすべて直接デジタル化して処理できる、「ほぼ完全にデジタル」な無線ラックの構築が可能になります。対照的に、既存の SDR プラットフォームの多くは、サンプリング レートがわずか数十 MHz または数百 MHz に制限されているため、信号を中間周波数にシフトするためにアナログ ミキサーに依存しています。