[導(dǎo)讀]本文深入探討了跳頻(FH)的概念，以及如何通過靈活設(shè)計ADRV9002SDR收發(fā)器的鎖相環(huán)(PLL)架構(gòu)來實現(xiàn)四大跳頻特性。這些特性可為用戶提供強(qiáng)大的跳頻功能，讓他們能夠處理單通道和雙通道操作模式下的Link16和快速實時載波頻率負(fù)載等應(yīng)用。此外，跳頻與多芯片同步(MCS)和數(shù)字...
本文深入探討了跳頻(FH)的概念，以及如何通過靈活設(shè)計 ADRV9002 SDR 收發(fā)器的鎖相環(huán)(PLL)架構(gòu)來實現(xiàn)四大跳頻特性。這些特性可為用戶提供強(qiáng)大的跳頻功能，讓他們能夠處理單通道和雙通道操作模式下的Link 16和快速實時載波頻率負(fù)載等應(yīng)用。此外，跳頻與多芯片同步(MCS)和數(shù)字預(yù)失真(DPD)技術(shù)的結(jié)合使ADRV9002 SDR收發(fā)器成為一種非常有吸引力的解決方案，可滿足當(dāng)今復(fù)雜通信系統(tǒng)中的更高要求。
與傳統(tǒng)的無線電通信不同，跳頻(FH)定義了一種通過快速改變載波頻率來發(fā)送無線電信號的方法，Nikola Tesla在1903年的美國專利"信號傳輸方法"中首次提到了這種方法。后來，在1942年，女演員Hedy Lamarr和作曲家George Antheil進(jìn)一步鞏固了這一概念，他們從鋼琴的按鍵數(shù)量得到啟發(fā)，在88個頻率之間切換，以防止魚雷的無線電控制受到干擾。一百多年來，從第一次世界大戰(zhàn)中固定指揮點(diǎn)之間的非實時、低速通信，到當(dāng)代飛機(jī)、艦船和陸地系統(tǒng)之間的實時、高速多媒體通信，跳頻在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用已進(jìn)入了一個嶄新的時代。此外，跳頻已廣泛應(yīng)用于許多無線個人通信網(wǎng)絡(luò)，如藍(lán)牙®個人局域網(wǎng)(PAN)，以及消費(fèi)電子和業(yè)余無線電領(lǐng)域，如對講機(jī)、汽車模型和無人機(jī)。
什么是跳頻？
跳頻的概念如圖1所示。如果將整個頻帶和持續(xù)時間劃分為二維網(wǎng)格，那么在任何給定的時隙，將會使用不同的頻率子帶進(jìn)行通信。跳頻模式的隨機(jī)性相當(dāng)于增加了另一個只能在發(fā)送器和接收器之間解碼的安全層，使其具有較高的抗窄帶干擾能力和較強(qiáng)的抗惡意攔截和封鎖的能力。此外，跳頻信號相互干擾小，可以和其他傳統(tǒng)通信共享帶寬，實現(xiàn)更高的頻譜效率。隨著跳頻速率加快且使用更多的子頻帶，跳頻的優(yōu)勢變得更加突出，成為對許多不同應(yīng)用有吸引力的解決方案。
圖1. 跳頻的概念。
下一代SDR收發(fā)器
ADRV9002是一款雙窄帶和寬帶SDR收發(fā)器，提供出色的RF性能和先進(jìn)的系統(tǒng)功能，例如DPD和跳頻。ADRV9002的工作頻率為30 MHz至6 GHz，覆蓋超高頻(UHF)頻帶；特高頻(VHF)頻帶；工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)頻帶和蜂窩頻段?？梢灾С终瓗?kHz)和不超過40 MHz的寬帶操作。圖2顯示了ADRV9002的簡化示意框圖。其中包括發(fā)送和接收雙通道，以及一組高級數(shù)字信號處理算法。許多其他收發(fā)器都是將一個PLL專用于接收數(shù)據(jù)路徑，另一個專用于發(fā)送數(shù)據(jù)路徑，而以紅色方框中顯示的ADRV9002 PLL結(jié)構(gòu)則比較獨(dú)特，它在器件中使用兩個RF PLL，并且可以選擇將兩個PLL提供給任何接收器或發(fā)送器使用，兩個一起用或一個都不用。這種靈活性是在各種TDD應(yīng)用中支持跳頻的關(guān)鍵，例如單通道和雙通道操作，包括僅發(fā)送模式(1T/2T)、僅接收模式(1R/2R)和發(fā)送/接收模式(1T1R/2T2R)。雙通道操作支持通道分集和通道多路復(fù)用。此外，可以在乒乓模式下使用兩個PLL，以滿足嚴(yán)格的跳頻時序要求。
圖2. 采用靈活的PLL設(shè)計的ADRV9002簡化示意框圖。
ADRV9002的四大跳頻特性
通過兩個PLL多路復(fù)用和PLL快速重新調(diào)諧實現(xiàn)特快速跳頻
跳頻是通過在切換到不同頻率之前重新調(diào)諧PLL來實現(xiàn)的。ADRV9002根據(jù)PLL的使用情況提供不同的跳頻模式。圖1中的每個時隙代表一個跳幀，可以分為一個轉(zhuǎn)換時間段和一個停留時間段，如圖3所示。
圖3. 跳幀結(jié)構(gòu)。
在較慢的跳頻模式下，如果頻率變化之間的轉(zhuǎn)換時間足夠長（比通道設(shè)置時間和所需的PLL調(diào)諧時間長），則TDD操作中的一對發(fā)送和接收通道只需要一個PLL（稱為一個PLL重新調(diào)諧模式）。為了實現(xiàn)更快的跳頻和更短的轉(zhuǎn)換時間（比通道設(shè)置時間和所需的PLL調(diào)諧時間短），在器件中則可以使用兩個鎖相環(huán)（稱為兩個PLL多路復(fù)用模式）。兩個PLL以乒乓方式相互協(xié)調(diào)：當(dāng)一個PLL用于當(dāng)前頻率時，另一個PLL則重新調(diào)諧至下一個頻率。這樣就可以實現(xiàn)快速跳頻，從而大大縮短不同頻率變化之間所需的轉(zhuǎn)換時間。表1總結(jié)了這兩種模式。
表1. ADRV9002跳頻模式（基于PLL的使用情況）
如表1所示，要選擇兩種模式中的哪一種，由用戶定義的轉(zhuǎn)換時間決定。
圖4進(jìn)一步解釋了PLL多路復(fù)用模式概念。如前所述，每個時隙代表一個跳幀，它由一個轉(zhuǎn)換時間段和一個停留時間段組成。當(dāng)一個PLL在停留時間內(nèi)使用時，另一個PLL從同一跳幀的轉(zhuǎn)換時間開始時即開始進(jìn)行調(diào)諧。它可以一直進(jìn)行調(diào)諧，直到下一個跳幀的轉(zhuǎn)換時間段結(jié)束為止。所以，只要所需的PLL調(diào)諧時間比一次停留時間和兩次轉(zhuǎn)換時間的總和短，PLL多路復(fù)用模式就是成功的。
圖4. 用于快速跳頻的PLL多路復(fù)用模式。
PLL多路復(fù)用模式下的跳頻對軍事應(yīng)用來說至關(guān)重要，例如Link 16。Link 16被認(rèn)為是北大西洋公約組織(NATO)使用的最重要的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈路標(biāo)準(zhǔn)之一，它使用960 MHz至1.215 GHz射頻頻段的抗干擾高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈路。3通過在初始化時準(zhǔn)確校準(zhǔn)整個跳頻范圍，ADRV9002采用快速PLL重新調(diào)諧模式來滿足嚴(yán)格的時序要求。PLL重新調(diào)諧時間取決于ADRV9002 PLL參考時鐘速率。表2顯示在不同的PLL參考時鐘速率下所需的快速PLL重新調(diào)諧時間。PLL參考時鐘速率為300 MHz時，快速PLL重新調(diào)諧時間約為15 μs。Link 16的跳幀長度為13 μs時，如果轉(zhuǎn)換時間大于2 μs，在使用PLL多路復(fù)用模式時使用15 μs的PLL重新調(diào)諧時間即可滿足時序要求，具體如表1所示。
表2. 使用快速PLL重新調(diào)諧模式時
的PLL重新調(diào)諧時間
正如論文"在存在窄帶干擾的情況下，通過緩慢、平坦的Nakagami 衰減通道傳輸?shù)腏TIDS/Link 16型波形的性能分析"中所述，Link 16消息數(shù)據(jù)可以作為單脈沖或雙脈沖發(fā)送，具體由打包結(jié)構(gòu)決定。單脈沖結(jié)構(gòu)包含6.4 μs開啟時間和6.6 μs關(guān)閉時間，總持續(xù)時間為13 μs。雙脈沖結(jié)構(gòu)由兩個單脈沖組成，它們傳輸相同的數(shù)據(jù)，但使用不同的載波頻率，如圖5所示。所以，轉(zhuǎn)換時間大致為6.6 μs (>2 μs)，因此使用ADRV9002實現(xiàn)Link 16跳頻是完全可行的。
圖5. 標(biāo)準(zhǔn)的Link 16雙脈沖結(jié)構(gòu)。
圖6顯示ADRV9002發(fā)送輸出（功率與時間以及頻率與時間之間的關(guān)系），采用Link 16型跳幀（為簡化起見，僅使用發(fā)送跳頻）。注意，為了顯示ADRV9002可實現(xiàn)的最短轉(zhuǎn)換時間，實驗未使用圖5中所示的標(biāo)準(zhǔn)Link 16脈沖結(jié)構(gòu)，而是開啟時間從6.4 μs增加到11 μs，關(guān)閉時間從6.6 μs縮短到2 μs。將Tektronix RSA306B頻譜分析儀連接至ADRV9002評估板的發(fā)送輸出端口，以進(jìn)行觀察。上方的圖顯示功率與時間的關(guān)系。從圖中可以看出，每隔13 μs就會進(jìn)行發(fā)送跳頻，連續(xù)發(fā)送跳幀之間的轉(zhuǎn)換時間大約為3 μs。下方的圖顯示頻率與時間的關(guān)系。在這個實驗中，發(fā)送載波頻率以1 MHz的步長在四個不同的頻率之間循環(huán)。正如預(yù)期的一樣，下方的圖證實了發(fā)送輸出也以1 MHz的步長在四個不同的頻率之間循環(huán)，并且在整個停留時間段內(nèi)都具備出色的頻率精度。
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開源軟件無線電(Gnuradio)或 開源軟件定義無線電 是一個對學(xué)習(xí)，構(gòu)建和部署軟件定義無線電系統(tǒng)的免費(fèi)軟件工具包。發(fā)起于2001年，Gnuradio成為 GNU 的正式項目之一。
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QORVO GAN 功率放大器結(jié)合 MAXLIN 線性化技術(shù)，減小了無線電的功率、重量和體積
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Qorvo
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Open RAN，顧名思義就是將RAN打開、開放。通過一種開放統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，將傳統(tǒng)基站中RRH和BBU打散，分成O-RU、O-DU和OCU三個不同的部分。隨著5G發(fā)展，高靈活度的O-RAN生態(tài)愈發(fā)受到上下游伙伴的關(guān)注。通信...
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【2022年5月23日，德國慕尼黑訊】英飛凌科技股份公司(FSE代碼：IFX / OTCQX代碼：IFNNY)致力于為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)安全保駕護(hù)航，并對歐盟委員會(EC)批準(zhǔn)《無線電設(shè)備指令》RED，2014/53/EU...
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提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和可靠性，同時降低成本和功耗。通用標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展對大型云/數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商的應(yīng)用支持。與 Marvell的合作簡化并加強(qiáng)了邊緣和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)
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基站即公用移動通信基站，是移動設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)的接口設(shè)備，也是無線電臺站的一種形式，是指在一定的無線電覆蓋區(qū)中，通過移動通信交換中心，與移動電話終端之間進(jìn)行信息傳遞的無線電收發(fā)信電臺。移動通信基站的建設(shè)是移動通信運(yùn)營商投資...
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