يعد برنامج الراديو (SDR) أحد أهم التغييرات في مجال الاتصالات اللاسلكية. على عكس أجهزة الراديو التقليدية، التي تعتمد على دوائر تناظرية ثابتة للتصفية والمزج والتعديل، تنقل حقوق السحب الخاصة معظم المعالجة إلى المجال الرقمي. من خلال استبدال الميزات التي تركز على الأجهزة بخوارزميات تعتمد على البرامج، توفر حقوق السحب الخاصة مرونة لا مثيل لها تسمح للمصممين بترقية القدرات والتكيف مع البروتوكولات الجديدة وتوسيع دورة حياة النظام دون إعادة تصميم الأجهزة.
إن قدرة إعادة التشكيل السريعة هذه تجعل من حقوق السحب الخاصة أمرًا لا غنى عنه لمجموعة واسعة من التطبيقات بدءًا من أنظمة الدفاع والفضاء وحتى البنية التحتية لـ 5G والاتصالات عبر الأقمار الصناعية ومعدات الاختبار الإلكترونية.
كيف تختلف حقوق السحب الخاصة عن أنظمة الراديو التقليدية
في أجهزة استقبال الترددات اللاسلكية التقليدية، يتم تنفيذ معظم العمل بواسطة مكونات تناظرية: يقوم الخلاط بتحويل إشارة الإدخال إلى أسفل، ويعيد المرشح تشكيل الطيف، ويستعيد المغير أو مزيل التشكيل المعلومات. هذا الارتباط التناظري غير مرن وعرضة للضوضاء ويحتاج إلى إعادة تصميمه لكل نطاق أو معيار جديد.
في المقابل، تعمل حقوق السحب الخاصة على تقليل الواجهة الأمامية التناظرية - عادةً فقط الهوائي والدوائر الأمامية الأساسية للتردد اللاسلكي (الشكل 1). يتم ترقيم شكل موجة الإدخال بواسطة المحول التناظري إلى الرقمي (ADC)، ويتم إكمال العمل الثقيل بواسطة البرنامج. يتم إجراء التعديل وإزالة التشكيل وتصفية القنوات وتصحيح الأخطاء وفك التشفير رقميًا. وبالمثل، أثناء الإرسال، يقوم المحول الرقمي إلى التناظري (DAC) بتحويل البيانات المعالجة مرة أخرى إلى إشارة التردد اللاسلكي، والتي يتم التحكم فيها أيضًا من خلال روتين البرنامج.
الصورة الأساسية لعملية حقوق السحب الخاصة
الشكل 1: عملية حقوق السحب الخاصة الأساسية. مصدر الصورة: آي ويف العالمية)
ويطلق هذا التحول العنان لمرونة هائلة: حيث يمكن لأجهزة الراديو نفسها أن تدعم شبكة Wi-Fi اليوم، وشبكة الجيل الخامس غدًا، وتأمين الاتصالات التكتيكية غدًا - كل ذلك مع تحديثات البرامج.
RFSoC: منصة مثالية لحقوق السحب الخاصة
يتطلب إنشاء حقوق السحب الخاصة (SDR) عالية الأداء محولًا فائق السرعة وبنية معالجة قوية وقناة بيانات ذات تأخير منخفض. Zynq for AMD ™ UltraScale+ ™ تلبي عائلة RFSoC هذه المتطلبات من خلال دمج المعدات التالية:
أخذ العينات متعدد جيجابت RF-ADC وRF-DAC
جهاز منطقي قابل للبرمجة FPGA لـ DSP في الوقت الحقيقي
الذراع المدمجة للتحكم في البرامج ® المعالج
واجهة ذاكرة وجهاز إرسال واستقبال عالية السرعة
يقوم RFSoC بدمج العديد من الأجهزة المنفصلة المطلوبة مسبقًا في جهاز واحد، مما يبسط تصميم لوحة الدائرة إلى حد كبير. يعمل هذا التكامل على تقليل استهلاك الطاقة وتقليل زمن الوصول وتحسين سلامة الإشارة. بالنسبة لتطبيقات التردد اللاسلكي في الوقت الفعلي ذات دقة توقيت ومتطلبات أداء عالية جدًا، يقدم RFSoC حلاً من قطعة واحدة مع زمن وصول منخفض للغاية وتزامن محكم.
قوة أخذ عينات الترددات اللاسلكية المباشرة
إحدى المزايا الحاسمة لـ RFSoC هي قدرتها على دعم معدلات أخذ عينات GSPS المتعددة. يمكن لـ RF-ADC الخاص به التقاط إشارة تردد التردد اللاسلكي مباشرة، بينما يمكن لـ RF-DAC توليد خرج نطاق واسع للغاية، وكلاهما لا يعتمدان على مرحلة التحويل السفلية المتوسطة.
وهذا يجعل من الممكن تشكيل رفوف الراديو "الرقمية بالكامل تقريبًا" بحيث يمكن رقمنة ومعالجة المعايير مثل شبكة Wi-Fi بتردد 2.4 جيجا هرتز، وحوالي 3.5 جيجا هرتز 5G الجديدة، والنطاقات الخلوية من 800 ميجا هرتز إلى 1.8 جيجا هرتز ومعالجتها مباشرة. في المقابل، تقتصر العديد من منصات حقوق السحب الخاصة الجاهزة على معدلات أخذ عينات تبلغ عشرات أو مئات ميغاهرتز، وبالتالي تعتمد على الخلاطات التناظرية لتحويل الإشارة إلى التردد المتوسط.
ومن خلال التخلص من هذه المستويات التناظرية، تتيح حقوق السحب الخاصة المستندة إلى RFSoC دقة أعلى وزمن وصول أقل وتصميمًا أكثر إحكاما (الشكل 2).