La radio definida por software (SDR) es uno de los cambios más significativos en el campo de las comunicaciones inalámbricas. La radio tradicional se basa en circuitos analógicos fijos para filtrado, mezcla y modulación, mientras que SDR es diferente ya que traslada la mayor parte del trabajo de procesamiento al dominio digital. Al reemplazar la funcionalidad centrada en el hardware con algoritmos impulsados por software, SDR ha ganado una flexibilidad incomparable, lo que permite a los diseñadores actualizar la funcionalidad, adaptarse a nuevos protocolos y extender los ciclos de vida del sistema sin la necesidad de rediseñar el hardware.
Esta rápida capacidad de reconfiguración hace que SDR sea indispensable en una amplia gama de aplicaciones, desde sistemas de defensa y aeroespaciales hasta infraestructura 5G, comunicaciones por satélite y equipos de prueba electrónicos.
¿Cuáles son las diferencias entre SDR y los sistemas de radio tradicionales?
En los receptores de RF tradicionales, la mayor parte del trabajo lo realizan componentes analógicos: el mezclador convierte la señal de entrada, el filtro da forma al espectro y el modulador o demodulador recupera la información. Esta cadena de simulación es inflexible y susceptible al ruido, por lo que requiere un rediseño para cada nueva banda de frecuencia o estándar.
Por el contrario, SDR minimiza la interfaz analógica al mínimo: generalmente solo la antena y los circuitos básicos de la interfaz de RF (Figura 1). Una vez que la forma de onda de entrada se digitaliza mediante un convertidor analógico a digital (ADC), el software completa la gran carga de trabajo. La modulación, demodulación, filtrado de canales, corrección de errores y decodificación se realizan digitalmente. De manera similar, durante el proceso de transmisión, el convertidor digital a analógico (DAC) convierte los datos procesados nuevamente en una señal de RF, que también está controlada por rutinas de software.
Imagen básica del proceso DEG
Figura 1: Proceso básico de DEG. (Fuente de la imagen: iWave Global)
Esta transformación desencadena una enorme flexibilidad: el mismo hardware inalámbrico puede admitir Wi Fi hoy, bandas de frecuencia 5G mañana y comunicación táctica segura pasado mañana, todo con solo actualizaciones de software.
RFSoC: la plataforma ideal para DEG
La creación de SDR de alto rendimiento requiere convertidores ultrarrápidos, estructuras de procesamiento potentes y canales de datos de baja latencia. La serie Zynq ™ UltraScale+ ™ de AMD RFSoC cumple con estos requisitos al integrar los siguientes dispositivos:
Muestreo multigigabit RF-ADC y RF-DAC
Dispositivo lógico programable FPGA para DSP en tiempo real
Brazo integrado para procesador de control de software®
Memoria de alta velocidad e interfaz de transceptor.
RFSoC integra múltiples dispositivos discretos que antes se requerían en un solo dispositivo, lo que simplifica enormemente el diseño de la placa de circuito. Esta integración reduce el consumo de energía, reduce la latencia y mejora la integridad de la señal. Para aplicaciones de RF en tiempo real que requieren precisión de sincronización y rendimiento extremadamente altos, RFSoC puede proporcionar una solución de un solo chip con latencia ultrabaja y sincronización estrecha.
El poder del muestreo directo de RF
Una de las ventajas decisivas de RFSoC es su capacidad para admitir múltiples frecuencias de muestreo GSPS. Su RF-ADC puede capturar directamente señales de frecuencia de RF, mientras que RF-DAC puede generar salidas de banda ultra ancha, ambas sin depender de etapas intermedias de conversión descendente.
Esto hace posible construir un bastidor de radio "casi totalmente digital", donde estándares como Wi Fi de 2,4 GHz, nuevas radios 5G alrededor de 3,5 GHz y frecuencias celulares de 800 MHz a 1,8 GHz se pueden digitalizar y procesar directamente. Por el contrario, muchas plataformas SDR existentes están limitadas a velocidades de muestreo de sólo unas pocas decenas o cientos de MHz, por lo que dependen de mezcladores analógicos para cambiar la señal a frecuencias intermedias.