軟件定義無線電應對多頻段軍事通信挑戰(zhàn)

　　能夠跨越多個安全數(shù)據(jù)鏈路獲取準確的實時信息是任何軍事行動取得成功的基石。 由于指揮和控制中心現(xiàn)在需要通過語音和數(shù)據(jù)直接與戰(zhàn)地士兵進行通信，因此更加需要具備這種能力。 但是，只有具備與高級無線技術(shù)一樣出色的能力 - 能夠?qū)Ш綇碗s的射頻(RF)網(wǎng)和信號處理技術(shù)以及在充滿挑戰(zhàn)的RF頻譜環(huán)境中呈現(xiàn)無縫、可靠和安全的通信網(wǎng)絡，從而在適當?shù)臅r間提供適當?shù)男畔?，才能成為?zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢。

　　以前，軍隊一直依賴于各種不同且不兼容的無線電和波形來為戰(zhàn)術(shù)無線電、機載鏈路、衛(wèi)星通信、中繼基站和緊急發(fā)射器以及新興的特定應用功能，如需要控制并且在某些情況下需要依靠視頻監(jiān)控圖像的無人飛行器(UAV)操作等多種多樣的需求提供服務。每個無線電都會建立一條重要的通信鏈路，在混頻中漏掉其中一個就會使運營小組處于不利境地。 然而，每個無線電都需要考慮尺寸、重量和備用電池(在士兵系統(tǒng)中)等成本。 隨著各種新要求和新波形的加入，問題變得更加復雜且難以掌控。

　　更為復雜的是，未來的運行要求需要系統(tǒng)具有多種功能。 除了需要無線電在更廣的RF頻率中支持多種語音和數(shù)據(jù)波形外，未來的士兵系統(tǒng)還希望集成電子監(jiān)控和電子戰(zhàn)功能，這就進一步增加了系統(tǒng)設(shè)計的難題。

　　通用全雙工無線電模塊可以解決所有這些難題。該模塊可在所有平臺中使用，并且能在現(xiàn)場動態(tài)實時重新配置，可通過單一電池組提供靈活性、多功能性、高效率和更長的工作壽命。此外，在尺寸、重量和功率(SWaP)方面也具有顯著的優(yōu)勢。

　　要使這種“通用”無線電概念變成現(xiàn)實卻比預期要困難得多： 提供合適的模擬前端(AFE)尤為困難。 更復雜的是，新一代“通用”無線電需要應對由于商業(yè)無線電和蜂窩系統(tǒng)大量涌現(xiàn)而導致的頻譜更加擁堵所帶來的挑戰(zhàn)。 這不僅會增加帶外信號濾波或?qū)е聞討B(tài)范圍需要管理潛在干擾信號，而且還需要系統(tǒng)為尚不存在擁堵問題的其他頻帶中運行做準備。

　　直到最近，面向這類多功能無線電的模擬前端還需要一個重疊并行通道陣列，每個通道旨在覆蓋射頻頻譜的一個特定頻段，其帶寬與目標信號格式相匹配，并且可能具有可滿足帶外信號抑制需求的特定濾波。 在最好的情況下，這種方法只是在最終印刷電路板占用空間、重量和功耗方面耗費成本;在最壞的情況下則需要開發(fā)多個完整的無線電。

　　采用軟件定義方法

　　軟件定義無線電(SDR)是針對此問題的最終解決方案。通過加強對模數(shù)和基于軟件的信號處理的重視，它可以適應各種物理層格式和協(xié)議、加密數(shù)據(jù)并通過在處理器或FPGA上運行的軟件來轉(zhuǎn)換模數(shù)信號，使其完美滿足軍事需求。 用戶可以動態(tài)控制頻率、調(diào)制、帶寬、加密功能和波形要求。

　　SDR還能夠?qū)⑿虏ㄐ魏凸δ莒`活結(jié)合到系統(tǒng)中，無需升級或更換硬件元件。 這些SDR不僅可用于士兵訪問數(shù)據(jù)以及與指揮中心通信，還可用于創(chuàng)建廣域傳感器/網(wǎng)格網(wǎng)絡，以進行定位/檢測和戰(zhàn)斗士兵之間的通信。

　　SDR中最重要的元件是收發(fā)器。 為了實現(xiàn)上述所有靈活性和多功能性，收發(fā)器需要具有極寬的RF范圍，并且能夠通過軟件快速調(diào)諧和配置通道帶寬;它必須支持頻分多路復用(FDM)和時分多路復用(TDM)。 為了獲得更高級的波形支持，它還必須在動態(tài)范圍和可靠性方面具有高性能，即使是在噪聲條件和具有有意和無意干擾的環(huán)境中。 與此同時，它還應該在更低的功耗下運行，以最大程度地減少士兵電池組中的電流消耗。

　　一種高度集成的混合信號RF集成電路(RFIC)可使寬帶SDR設(shè)計更小、更輕、耗電更少。 但真正的挑戰(zhàn)在于，ADR中的AFE擁有極寬的帶寬，因此在經(jīng)典設(shè)計中需要大量針對特定頻譜和可能波形的前端，而其中每個前端的設(shè)計和評估都將面臨巨大的挑戰(zhàn)，最終產(chǎn)品可能會在尺寸、重量和功耗三項指標排名中名落孫山。

　　元件要求

　　新一代寬帶、可編程前端收發(fā)器支持兩個獨立的收發(fā)器通道，能夠滿足這些SDR挑戰(zhàn)。 系統(tǒng)處理器可以動態(tài)重新配置關(guān)鍵參數(shù)(如帶寬和RF頻率)，以符合應用需求并帶來最佳結(jié)果。此外，它還可以滿足快速發(fā)展的多路輸入多路輸出(MIMO)市場以及非MIMO市場的需求。