Softwarové rádio cesta k moderní komunikační technice

Budoucnost SDR? tato technologie zjednodušuje realizaci univerzálních jednotek pro více platforem současně (GSM, UMTS, GPS, WIFI, WiMAX, DVB,…). Je nezbytná také např. z důvodu selhávání snah o celosvětovou standardizaci v oblasti systémů mobilní komunikace.

Můžeme dnes takto realizovat? Co je softwarově definované rádio…?? - rádiový vysílač či přijímač, jehož hlavní funkce jsou vykonávány digitálním zpracováním signálů a jsou pružně rekonfigurovatelné změnou softwaru - ideální softwarové rádio umí využívat libovolná kmitočtová pásma, libovolné modulace a komunikační protokoly - vývoj primárně podnícen potřebou univerzálních komunikačních prostředků ze strany armády, dnes nezbytné i v civilním sektoru Můžeme dnes takto realizovat? - jen pro nízké kmitočty a na dynamický rozsah nenáročné aplikace

Obr. Skupinové schéma komunikačního řetězce

Realizovatelné koncepce - číslicový přijímač s úzkopásmovým vzorkováním

Realizovatelné koncepce - číslicový přijímač s širokopásmovým vzorkováním

Základem je vzorkování… - vzorkování v základním pásmu

Digitální náhrada procesu směšování - vzorkování pásmových signálů (podvzorkováním) ! Dochází zde ke kmitočtové konverzi, s výhodou takto můžeme nahradit proces směšování! Nevýhoda – antialiasingový filtr musí být typu PP místo DP.

Realizace DDC (digitální konverze na nižší kmitočty) Pokud pracuji na M x nižším (popř. decimovaném) vzorkovacím kmitočtu, provádí se tak M krát méně operací násobení

Kvantizační šum a SFDR (Spurious Free Dynamic Range)… - maximální teoretická hodnota SFDR = 6.02n+1.76+10log(fs/2B)

(snižování vzorkovacího kmitočtu) Decimace (snižování vzorkovacího kmitočtu)

Interpolace (zvyšování vzorkovacího kmitočtu)

Postup k efektivní realizaci polyfázovými filtry Standardní down-converter s decimací

Postup k efektivní realizaci polyfázovými filtry Náhrada dolní propusti pásmovou propustí a přesun násobení do části s již nižším vzorkovacím kmitočtem

Postup k efektivní realizaci polyfázovými filtry Využití podvzorkování pro kmitočtovou konverzi (náhrada směšování)

Postup k efektivní realizaci polyfázovými filtry FIR filtr pracující v oblasti s ještě vyšším vzorkovacím kmitočtem, následovaný decimací, lze nahradit polyfázovou strukturou filtru. Zde jednotlivé dílčí filtry pracují na již decimovaném vzorkovacím kmitočtu, provádí se tak M krát méně operací násobení -

Přímá digitální syntéza DDS se zvýšením SFDR Některé specializované obvody mají v sobě i digitální filtr, kompenzující vlastnosti převodníku DA (pokles přenosu dle funkce sinc(x) - obrázky převzaty z [1] a [2] Alternativní řešení pro nízké kmitočty – rekurzivní algoritmy výpočtu (např. CORDIC)

Využití hardwarových prostředků FPGA koprocesory - pro rychlé procesy a předzpracování signálů (směšování, filtrace, decimace, interpolace) - pro softwarové procesory realizující vyšší funkce (demodulace, FEC, FFT, protokoly, řízení, externí komunikace,…) Digitální signálové procesory - pro procesy realizující vyšší funkce (demodulace, FEC, FFT, protokoly, řízení, externí komunikace,…) - jejich měření i výpočty vždy s konečnou přesností - i malá počáteční diference vede k rychlému nárůstu chyby Budoucnost SDR? tato technologie zjednodušuje realizaci univerzálních jednotek pro více platforem současně (GSM, UMTS, GPS, WIFI, WiMAX, DVB,…). Je nezbytná také např. z důvodu selhávání snah o celosvětovou standardizaci v oblasti systémů mobilní komunikace.

http://avc.sh.cvut.cz/archiv Literatura [1] Skalický, P. Číslicové systémy v radiotechnice. ČVUT, 2005. [2] Kopecký, D. Číslicové systémy v radiotechnice – cvičení. ČVUT, 2004. [3] HARRIS, J. Multirate Signal Processing for Communication Systems. Prentice Hall, 2004 Cyklus videopřednášek na téma Mobilní komunikace od Doc. Žaluda z ČVUT (autor knihy Moderní radiotechnika): http://avc.sh.cvut.cz/archiv Doporučuji jako přehledový studijní materiál pro přípravu k závěrečným zkouškám