يعد الراديو المحدد بالبرمجيات (SDR) أحد أهم التغييرات في مجال الاتصالات اللاسلكية. يعتمد الراديو التقليدي على دوائر تناظرية ثابتة للتصفية والمزج والتعديل، في حين أن حقوق السحب الخاصة مختلفة لأنها تنقل معظم أعمال المعالجة إلى المجال الرقمي. من خلال استبدال الوظائف التي تركز على الأجهزة بخوارزميات تعتمد على البرامج، اكتسبت حقوق السحب الخاصة مرونة لا مثيل لها، مما يسمح للمصممين بترقية الوظائف، والتكيف مع البروتوكولات الجديدة، وتوسيع دورات حياة النظام دون الحاجة إلى إعادة تصميم الأجهزة.
إن قدرة إعادة التشكيل السريعة هذه تجعل من حقوق السحب الخاصة أمرًا لا غنى عنه في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من أنظمة الدفاع والفضاء وحتى البنية التحتية لشبكات الجيل الخامس (5G)، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، ومعدات الاختبار الإلكترونية.
ما هي الاختلافات بين حقوق السحب الخاصة وأنظمة الراديو التقليدية
في أجهزة استقبال الترددات اللاسلكية التقليدية، يتم تنفيذ معظم العمل بواسطة مكونات تناظرية: يقوم الخلاط بتحويل إشارة الإدخال، ويقوم المرشح بتشكيل الطيف، ويقوم المغير أو مزيل التشكيل باستعادة المعلومات. سلسلة المحاكاة هذه غير مرنة وعرضة للضوضاء، وتتطلب إعادة تصميم لكل نطاق تردد أو معيار جديد.
في المقابل، تعمل حقوق السحب الخاصة (SDR) على تقليل الواجهة الأمامية التناظرية إلى الحد الأدنى - عادةً فقط الهوائي والدوائر الأمامية الأساسية للتردد اللاسلكي (الشكل 1). بعد رقمنة شكل موجة الإدخال بواسطة محول تناظري إلى رقمي (ADC)، يتم إكمال عبء العمل الثقيل بواسطة البرنامج. يتم إجراء التعديل وإزالة التشكيل وتصفية القنوات وتصحيح الأخطاء وفك التشفير رقميًا. وبالمثل، أثناء عملية الإرسال، يقوم المحول الرقمي إلى التناظري (DAC) بتحويل البيانات المعالجة مرة أخرى إلى إشارة التردد اللاسلكي، والتي يتم التحكم فيها أيضًا من خلال إجراءات البرنامج.
الصورة الأساسية لعملية حقوق السحب الخاصة
الشكل 1: عملية حقوق السحب الخاصة الأساسية. (مصدر الصورة: آي ويف جلوبال)
يطلق هذا التحول العنان لمرونة هائلة: يمكن لنفس الأجهزة اللاسلكية أن تدعم شبكة Wi Fi اليوم، ونطاقات تردد 5G غدًا، وتأمين الاتصالات التكتيكية بعد غد - كل ذلك من خلال تحديثات البرامج فقط.
RFSoC: المنصة المثالية لحقوق السحب الخاصة
يتطلب إنشاء حقوق السحب الخاصة عالية الأداء محولات فائقة السرعة، وهياكل معالجة قوية، وقنوات بيانات ذات زمن وصول منخفض. تلبي سلسلة Zynq ™ UltraScale+ ™ من AMD هذه المتطلبات من خلال دمج الأجهزة التالية:
أخذ العينات متعددة جيجابت RF-ADC وRF-DAC
جهاز منطقي قابل للبرمجة FPGA لـ DSP في الوقت الحقيقي
ذراع مضمن للتحكم في برامج المعالج ®
ذاكرة عالية السرعة وواجهة جهاز الإرسال والاستقبال
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 التي تتطلب دقة وأداء توقيت عاليين للغاية، يمكن أن يوفر RFSoC حلاً أحادي الشريحة 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 إشارات تردد الترددات اللاسلكية مباشرة، بينما يمكن لـ RF-DAC إنشاء مخرجات واسعة النطاق للغاية، وكلاهما دون الاعتماد على مراحل تحويل سفلية متوسطة.
وهذا يجعل من الممكن إنشاء حامل راديو "رقمي بالكامل تقريبًا"، حيث يمكن رقمنة ومعالجة معايير مثل Wi Fi 2.4 جيجا هرتز، وأجهزة الراديو الجديدة 5G حول 3.5 جيجا هرتز، والترددات الخلوية من 800 ميجا هرتز إلى 1.8 جيجا هرتز. في المقابل، تقتصر العديد من منصات حقوق السحب الخاصة الحالية على معدلات أخذ عينات لا تتجاوز بضع عشرات أو مئات من ميغاهيرتز، وبالتالي تعتمد على الخلاطات التناظرية لتحويل الإشارة إلى ترددات متوسطة.