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能夠跨越多個(gè)安全數據鏈路獲取準確的實(shí)時(shí)信息是任何軍事行動(dòng)取得成功的基石。 由于指揮和控制中心現在需要通過(guò)語(yǔ)音和數據直接與戰地士兵進(jìn)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(wú)線(xiàn)技術(shù)一樣出色的能力 - 能夠導航復雜的射頻（RF）網(wǎng)和信號處理技術(shù)以及在充滿(mǎn)挑戰的RF頻譜環(huán)境中呈現無(wú)縫、可靠和安全的通信網(wǎng)絡(luò )，從而在適當的時(shí)間提供適當的信息，才能成為戰略和戰術(shù)優(yōu)勢。 以前，軍隊一直依賴(lài)于各種不同且不兼容的無(wú)線(xiàn)電和波形來(lái)為戰術(shù)無(wú)線(xiàn)電、機載鏈路、衛星通信、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控圖像的無(wú)人飛行器(UAV)操作等多種多樣的需求提供服務(wù)。每個(gè)無(wú)線(xiàn)電都會(huì )建立一條重要的通信鏈路，在混頻中漏掉其中一個(gè)就會(huì )使運營(yíng)小組處于不利境地。 然而，每個(gè)無(wú)線(xiàn)電都需要考慮尺寸、重量和備用電池（在士兵系統中）等成本。 隨著(zhù)各種新要求和新波形的加入，問(wèn)題變得更加復雜且難以掌控。 更為復雜的是，未來(lái)的運行要求需要系統具有多種功能。 除了需要無(wú)線(xiàn)電在更廣的RF頻率中支持多種語(yǔ)音和數據波形外，未來(lái)的士兵系統還希望集成電子監控和電子戰功能，這就進(jìn)一步增加了系統設計的難題。 通用全雙工無(wú)線(xiàn)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，并且能在現場(chǎng)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)重新配置，可通過(guò)單一電池組提供靈活性、多功能性、高效率和更長(cháng)的工作壽命。此外，在尺寸、重量和功率（SWaP）方面也具有顯著(zhù)的優(yōu)勢。 要使這種“通用”無(wú)線(xiàn)電概念變成現實(shí)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(wú)線(xiàn)電需要應對由于商業(yè)無(wú)線(xiàn)電和蜂窩系統大量涌現而導致的頻譜更加擁堵所帶來(lái)的挑戰。 這不僅會(huì )增加帶外信號濾波或導致動(dòng)態(tài)范圍需要管理潛在干擾信號，而且還需要系統為尚不存在擁堵問(wèn)題的其他頻帶中運行做準備。 直到最近，面向這類(lèi)多功能無(wú)線(xiàn)電的模擬前端還需要一個(gè)重疊并行通道陣列，每個(gè)通道旨在覆蓋射頻頻譜的一個(gè)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(mǎn)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(kāi)發(fā)多個(gè)完整的無(wú)線(xiàn)電。 采用軟件定義方法 軟件定義無(wú)線(xiàn)電（SDR）是針對此問(wèn)題的最終解決方案。通過(guò)加強對模數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、加密數據并通過(guò)在處理器或FPGA上運行的軟件來(lái)轉換模數信號，使其完美滿(mǎn)足軍事需求。 用戶(hù)可以動(dòng)態(tài)控制頻率、調制、帶寬、加密功能和波形要求。 SDR還能夠將新波形和功能靈活結合到系統中，無(wú)需升級或更換硬件元件。 這些SDR不僅可用于士兵訪(fǎng)問(wèn)數據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(luò )，以進(jìn)行定位/檢測和戰斗士兵之間的通信。 SDR中最重要的元件是收發(fā)器。 為了實(shí)現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(guò)軟件快速調諧和配置通道帶寬；它必須支持頻分多路復用（FDM）和時(shí)分多路復用（TDM）。 為了獲得更高級的波形支持，它還必須在動(dòng)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(wú)意干擾的環(huán)境中。 與此同時(shí)，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設計更小、更輕、耗電更少。 但真正的挑戰在于，ADR中的AFE擁有極寬的帶寬，因此在經(jīng)典設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(gè)前端的設計和評估都將面臨巨大的挑戰，最終產(chǎn)品可能會(huì )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(gè)獨立的收發(fā)器通道，能夠滿(mǎn)足這些SDR挑戰。 系統處理器可以動(dòng)態(tài)重新配置關(guān)鍵參數（如帶寬和RF頻率），以符合應用需求并帶來(lái)最佳結果。此外，它還可以滿(mǎn)足快速發(fā)展的多路輸入多路輸出（MIMO）市場(chǎng)以及非MIMO市場(chǎng)的需求。 新一代寬帶集成型RF收發(fā)器是許多新一代軍事通信和電子監控系統的理想解決方案。 由于它們支持寬通道帶寬，因此可以在新一代系統中部署與許多以數據為中心的新波形匹配的設備。 這種高度可配置性可實(shí)現認知無(wú)線(xiàn)電系統，并且能夠使用自適應波形。 這些設備能夠快速在RF帶寬間調諧，可以作為電子監控（尤其是在功耗受限的平臺中）的解決方案。 ADI公司的AD9361 RF捷變收發(fā)器（見(jiàn)圖1）就是這樣一款收發(fā)器，這款10 × 10 mm的芯片級器件采用用戶(hù)可調的200 kHz至56 MHz帶寬設計。它擁有構建70 MHz至6 GHz信號鏈所需的各種其他特性和性能屬性。 這款2 x 2的直接變頻元件可以將整個(gè)AFE簡(jiǎn)化成一個(gè)相對簡(jiǎn)單的電路，并通過(guò)一個(gè)LVDS或CMOS端口與主機處理器連接。 IC中集成了12位A/D和D/A轉換器、小數N頻率合成器、數字和模擬濾波器、自動(dòng)增益控制、發(fā)射功率監控、正交校正和其他關(guān)鍵功能。 圖1：AD9361 2 x 2 RF收發(fā)器架構。 接收器噪聲系數不到2.5 dB，而發(fā)射器誤差向量幅度（EVM）則優(yōu)于-40 dB，發(fā)射器本底噪聲低于-157 dBm/Hz。 對于發(fā)射和接收路徑，本振步長(cháng)只有2.5 Hz，可實(shí)現精密調諧。 盡管IC中集成了諸多功能，其功耗卻非常低，一般為1 W左右。 集成系統設計 靈活的寬帶SDR平臺涉及大量電路設計工作，以及算法開(kāi)發(fā)工作和一些權衡考量。 盡管初看起來(lái)，這似乎是一項困難的開(kāi)發(fā)工作，但新一代收發(fā)器必須包含可用的參考設計以簡(jiǎn)化系統開(kāi)發(fā)。 除了在不更改硬件的情況下實(shí)現軟件完全自定義外，參考平臺還必須經(jīng)過(guò)優(yōu)化以與FPGA配合使用，并且為電源和電路板布局提供指引以確保最佳性能。 此外，為了支持日漸盛行的MIMO配置，波束成形和波束控制參考設計的支持選項應該顯示多設備同步（見(jiàn)圖2）。 通過(guò)遵循參考設計中提供的設計指南，工程師可以快速從評估過(guò)渡到原型制作，從而成功實(shí)施可以在現場(chǎng)動(dòng)態(tài)重新配置的長(cháng)壽命全雙工輕型平臺，并最終將“通用”無(wú)線(xiàn)電從畫(huà)板概念變?yōu)檎鎸?shí)的應用。 圖2：用于評估和原型制作的AD-FMCOMMS5-EBZ MIMO FMC平臺。 |
