La radio definita dal software (SDR) è uno dei cambiamenti più significativi nel campo della comunicazione wireless. La radio tradizionale si basa su circuiti analogici fissi per il filtraggio, il missaggio e la modulazione, mentre l'SDR è diverso poiché sposta la maggior parte del lavoro di elaborazione nel dominio digitale. Sostituendo la funzionalità incentrata sull'hardware con algoritmi guidati dal software, SDR ha acquisito una flessibilità senza precedenti, consentendo ai progettisti di aggiornare la funzionalità, adattarsi a nuovi protocolli ed estendere i cicli di vita del sistema senza la necessità di riprogettare l'hardware.
Questa rapida capacità di riconfigurazione rende l’SDR indispensabile in un’ampia gamma di applicazioni, dai sistemi di difesa e aerospaziali alle infrastrutture 5G, alle comunicazioni satellitari e alle apparecchiature di test elettronici.
Quali sono le differenze tra SDR e i sistemi radio tradizionali
Nei ricevitori RF tradizionali, la maggior parte del lavoro viene svolto da componenti analogici: il mixer converte il segnale in ingresso, il filtro modella lo spettro e il modulatore o demodulatore recupera le informazioni. Questa catena di simulazione è poco flessibile e suscettibile al rumore e richiede una riprogettazione per ogni nuova banda di frequenza o standard.
Al contrario, l'SDR riduce al minimo il front-end analogico, in genere solo l'antenna e i circuiti front-end RF di base (Figura 1). Dopo che la forma d'onda in ingresso è stata digitalizzata da un convertitore analogico-digitale (ADC), il pesante carico di lavoro viene completato dal software. Modulazione, demodulazione, filtraggio dei canali, correzione degli errori e decodifica vengono tutti eseguiti digitalmente. Allo stesso modo, durante il processo di trasmissione, il convertitore digitale-analogico (DAC) riconverte i dati elaborati in un segnale RF, anch'esso controllato da routine software.
Immagine del processo SDR di base
Figura 1: processo SDR di base. (Fonte immagine: iWave Global)
Questa trasformazione libera un’enorme flessibilità: lo stesso hardware wireless può supportare il Wi-Fi oggi, le bande di frequenza 5G domani e proteggere la comunicazione tattica dopodomani, il tutto con solo aggiornamenti software.
RFSoC: la piattaforma ideale per SDR
La creazione di SDR ad alte prestazioni richiede convertitori ultraveloci, potenti strutture di elaborazione e canali dati a bassa latenza. La serie Zynq™ UltraScale+™ di AMD soddisfa questi requisiti integrando i seguenti dispositivi:
Campionamento multi gigabit RF-ADC e RF-DAC
Dispositivo logico programmabile FPGA per DSP in tempo reale
Braccio integrato per processore di controllo software®
Memoria ad alta velocità e interfaccia del ricetrasmettitore
RFSoC integra più dispositivi discreti precedentemente necessari in un unico dispositivo, semplificando notevolmente la progettazione del circuito. Questa integrazione riduce il consumo energetico, riduce la latenza e migliora l'integrità del segnale. Per le applicazioni RF in tempo reale che richiedono precisione di temporizzazione e prestazioni estremamente elevate, RFSoC può fornire una soluzione a chip singolo con latenza ultrabassa e sincronizzazione precisa.
La potenza del campionamento RF diretto
Uno dei vantaggi decisivi di RFSoC è la sua capacità di supportare più frequenze di campionamento GSPS. Il suo RF-ADC può catturare direttamente i segnali di frequenza RF, mentre RF-DAC può generare uscite a banda ultra larga, entrambi senza fare affidamento su stadi intermedi di conversione verso il basso.
Ciò rende possibile costruire un rack radio "quasi completamente digitale", in cui standard come Wi-Fi a 2,4 GHz, nuove radio 5G intorno a 3,5 GHz e frequenze cellulari da 800 MHz a 1,8 GHz possono essere tutti digitalizzati ed elaborati direttamente. Al contrario, molte piattaforme SDR esistenti si limitano a frequenze di campionamento di poche decine o centinaia di MHz, affidandosi quindi a mixer analogici per spostare il segnale verso frequenze intermedie.