Wyatt Taylor ADI公司航空航天和防務(wù)系統(tǒng)工程師負(fù)責(zé)人
自越南戰(zhàn)爭以來,軍用通信(MILCOM)一直是士兵裝備部署的支柱。雖然數(shù)十年來,這些裝備的功能和安全性均已通過實踐驗證,但新一代MILCOM平臺將需要利用更多現(xiàn)代通信技術(shù),這些技術(shù)開發(fā)用于支持手機(jī)和Wi-Fi等商用平臺。MILCOM系統(tǒng)通常是具有按鍵通話(PTT)按鈕的手持式裝備(對講機(jī)),用戶可在需要傳遞語音消息時按下按鍵。當(dāng)PTT按鍵未按下時,可從另一個對講機(jī)接收傳入的語音消息。兩個無線電之間傳遞的語音消息在兩名士兵之間以無線方式調(diào)制、加密、放大和傳輸。這些MILCOM對講機(jī)與商用手機(jī)或通信系統(tǒng)之間存在許多差異,表1僅列出少數(shù)一部分。
集成模擬、數(shù)字和軟件
新一代MILCOM平臺所面臨的挑戰(zhàn),就是維持這些關(guān)鍵差異,同時要縮小軍用通信系統(tǒng)與商用通信系統(tǒng)間的一些差距。這些MILCOM平臺需要對僅支持語音的系統(tǒng)進(jìn)行更改,添加數(shù)據(jù)和文本功能。從而能夠?qū)⒅T如地圖、圖像和視頻之類的數(shù)據(jù)傳遞給戰(zhàn)場上的士兵。更寬的帶寬會帶來無線電平臺難題,主要與尺寸、重量和功耗(SWaP)相關(guān)。MILCOM平臺使用的傳統(tǒng)射頻(RF)信號鏈需要消耗更多功率才能擴(kuò)展到更寬的帶寬以及數(shù)字調(diào)制方案,并且還會增加尺寸和重量。對士兵來說,增加通訊裝置的尺寸、重量和功耗是不可接受的,他們需要更小巧、功能更強(qiáng)的無線電裝置,可在最小電池電量下為長時間任務(wù)持續(xù)供電。因此,新一代MILCOM平臺需要使用新的RF信號鏈架構(gòu)。小尺寸無線電設(shè)計的一次革命是集成式RF收發(fā)器。集成式收發(fā)器通過多種方式實現(xiàn)無線電分區(qū),減小了尺寸和功耗。首先,RF和模擬器件可以 轉(zhuǎn)換到數(shù)字域,例如RF濾波器可轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字濾波器。這些功能模塊的數(shù)字實現(xiàn)比相應(yīng)的RF模塊更高效,并且可編程性更強(qiáng)。其次,分立式RF信號鏈通常為外差架構(gòu),需要多層頻率轉(zhuǎn)換、濾波、放大和數(shù)字采樣。集成式收發(fā)器可采用零中頻(ZIF)架構(gòu),大大減少了信號鏈中所需的元件,特別是所需的濾波和放大級。去除這些級可減小尺寸和功耗。最后,ZIF架構(gòu)可更有效地利用數(shù)字轉(zhuǎn)換器,從而降低寬帶系統(tǒng)中的整體功耗。雖然在過去十年里,商用平臺能夠充分利用ZIF收發(fā)器,但是具有MILCOM適用特性的首批產(chǎn)品近幾年才上市。可用于MILCOM系統(tǒng)的最新收發(fā)器是ADRV9009。
ADRV9009是一款CMOS收發(fā)器,具有多個MILCOM適用特性。首先,該器件是原生時間雙工器件(TDD),這是PTT架構(gòu)的典型工作方式,與內(nèi)帶兩個本地振蕩器(LO)的器件相比,可節(jié)省功耗。其次,從頻率生成和校準(zhǔn)兩方面來看,集成LO支持收發(fā)器中的本地跳頻。第三,ADRV9009的可用帶寬可在20 MHz和200 MHz之間編程設(shè)置,支持一系列寬帶寬工作模式。第四,ADRV9009是一個與波形無關(guān)的收發(fā)器,這意味著它可以提供任何波形的RF至比特流。因此ADRV9009既支持當(dāng)今可用的各種波形,也支持將來有可能開發(fā)的波形。最后,ADRV9009還將多個輔助功能集成到收發(fā)器中。自動增益控制(AGC)對于優(yōu)化接收器動態(tài)范圍至關(guān)重要,ADRV9009具有30 dB范圍的內(nèi)部AGC環(huán)路。該器件還集成了溫度傳感器、控制轉(zhuǎn)換器和通用輸出(GPO),節(jié)省了無線電系統(tǒng)的空間。
現(xiàn)代化防務(wù)通信系統(tǒng)是一項挑戰(zhàn),需要進(jìn)行一系列跨學(xué)科工程技術(shù)創(chuàng)新。然而,對于無線電電路的主干來說,集成式收發(fā)器在提供單芯片解決方案方面取得了很大進(jìn)展,這類方案將集成大部分的接收器和發(fā)送器信號鏈,同時保持跳頻、AGC和升級支持未來波形的能力。以這類收發(fā)器作為無線電的核心構(gòu)建模塊,將有助于實現(xiàn)新一代MILCOM無線電系統(tǒng)。
作者簡介
Wyatt Taylor是ADI公司(美國北卡羅來納州格林斯博羅)的高級射頻系統(tǒng)工程師。他主要從事航空航天和防務(wù)無線電應(yīng)用研發(fā)工作,具體側(cè)重點是集成式射頻收發(fā)器、小型微波設(shè)計、軟件定義無線電(SDR)等。在此之前,Wyatt曾在馬里蘭州的Thales Communications公司和Digital ReceiverTechnology公司擔(dān)任射頻設(shè)計工程師。Wyatt于2005年和2006年分別獲得弗吉尼亞州布萊克斯堡弗吉尼亞理工學(xué)院電子工程學(xué)士(BSEE)學(xué)位和電子工程碩士(MSEE)學(xué)位。
審核編輯 黃昊宇
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