認知無線電：現場可編程射頻器件提供突破性的機會

圖5：FPRF中發送器的軟件控制。

集成了兩個ARM處理器的FPGA將 有足夠資源運行Linux等操作系統(OS)以及軟件棧。可編輯邏輯可以包含用于錯誤檢測和糾錯的糾錯碼。突然的錯誤增加一般意味著另一臺無線電設備在用 相同頻率發射信號。在這種情況下，軟件可以決定重新掃描免費頻率，并與遠端接收器協商切換到另外一個信道上。FPRF還能夠在跳頻系統中工作。在這種跳頻 系統中，信道將根據預先定義的順序周期性的改變，常見于安全通信。

適應各種調制方案和不同帶寬的能力使得認知無線電能夠最優化即時可用信道。例如，如果準備在低噪聲、寬頻帶上傳輸數據，那么FPRF帶寬可以設置在 28MHz，并使用高階調制方案(如16QAM)進行快速數據傳送。而語音則可以使用受限的帶寬設置(比如1.5MHz)在擁擠的空中電波中實現通信。

更 復雜的設計可以采用兩個FPRF器件完成，這種方法支持2 x 2多入多出(MIMO)傳輸。MIMO技術有許多很明顯的優勢，因為它們能夠利用高電平的多徑傳播方式在有噪信道中實現可靠接收。另外，MIMO可以用來 提高信道的總體數據傳輸速率。每個FPRF器件連接到自己的收發天線，FPGA設計則利用額外電路完成基帶信號的解碼。

正如你預計的那樣，搭建認知無線電仍面臨許多挑戰。接收器框圖顯示片上有3個低噪聲放大器(LNA)。 其中有一個針對300MHz至2800MHz的信號進行了優化，另外一個覆蓋1.5GHz至3.8GHz范圍，第三個LNA設計工作于完整的0.3GHz 至3.8GHz范圍。在受限帶寬下器件將有更好的靈敏度和噪聲系數，如果設計必須覆蓋整個范圍，那么這點是必須要考慮的。另外一個挑戰是設計非常寬帶的天 線，這些天線要求在所有信道上都具有很高的效率。對于在受限的頻率范圍工作的系統來說這個問題可以得到簡化。最大射頻輸出功率為1mW的Lime器件非常 適合小蜂窩要求的短覆蓋范圍，但在認知無線電應用中需要進行放大。同樣，如果要求完整的射頻頻譜，這方面也是一個挑戰。

已經 有開源組織在研究與FRPF有關的課題。用戶可以在那里找到有用的信息、購買低成本的評估板、下載免費的FPRF配置軟件并得到FPRF的印刷電路板版 圖。作為與認知無線電有關的例子，用戶可以下載類似頻譜分析儀的快速傅里葉變換(FFT)顯示應用。芯片內的接收器通過掃描整個頻段來依次監聽所有頻率， 并在PC機上用頻譜圖顯示即時輸出。今后還會建立開源網站，為對靈活無線收發器感興趣的專家和業余愛好者提供直接相關的更多項目。值得預期的是，網站將成 為軟件無線電和先進的認知無線電系統的設計人員不可或缺的資源。

需要提醒的是，如果你計劃發射無線信號，你必須與當地管理機構聯系以獲得允許的發射功率電平和頻率。