现在，要害的无线电频段资源缺少，无法满意需求。这意味着现代通讯网络需求找到更正确的办法以坚持数据的流转。一种有用的办法是分隔和重用名贵的射频频段，最大化其运用率。在曩昔的几年里，新建的根底设置已开端考虑到未来的需求。
现在因特网流量的增长量超越25%（CAGR），2020年每月超越200EB（EB=1018 字节或106 TB），2022年估计到达每年4.2 ZB。（数据来历：Cisco 2019）
本文将评论一些未来电子数据交流的中心技能。在软件界说无线电/网络（SDR/SDN）中，软件技能是影响最大的要素。当今，业界普遍认为虚拟体系硬件以及将人工智能引进杂乱的操作流程，可完成最高的体系功率、运用率和动态灵敏度。听起来像是科幻小说？事实上，这种技能行将到来。
现在，无线网络现已十分杂乱，无法经过运用比方设计时间服务计划或简略的通用规划等传统的办法优化。人们需求更智能、更高档的技能：例如认知无线电（CR） — 这种无线电能监测动态网络行为，辨认不同运用的需求，主动调整其物理层参数，使网络功用和服务质量（QoS）最大化。在许多状况下，不同的运用同享相同的无线通道和频段，难以一起满意不同的QoS规范。现在运用的根本操控架构无法一起平衡要害的功用参数需求，包括推迟、吞吐量、可靠性和适应力。若是考虑到不同的通讯需求，如低/高数据率、时刻要害/非时刻要害信号等，则愈加难以完成。
软件化是一种可行的处理计划。软件化做为一种相对较新的术语，是指运用算法处理之前由硬件处理的通讯问题。为了完成软件化，未来的体系会逐步虚拟化和数字可控化。
软件化怎么影响网络规划和规划？
有如下两种状况：
● SDR：经过认知无线电技能，越来越多的运用可运用软件完成调制、纠错乃至载波频率和通道带宽，以满意动态运转的需求。运用波束成型、相控阵天线以及快速载波跳频可进一步增强SDR的功用。
● SDN：操控平面和数据平面的硬件相互解耦，操控集中化，并从具体运用中笼统出根底规划。
1 参阅Cisco体系数据
迈向软件化：
欧盟地平线2020计划猜测了下一代因特网（NGI）的应战，并在2018年末发布了网络世界2020评论文档《NGI的智能网络2》。这篇具体的文档评论了根据软件化的下一代网络建造的多种应战，特别是SDR和SDN。
这篇文档概述了研讨和开展的范畴，并介绍了当今网络根底设备的状况。果然如此，今日工程师和群众最熟知的应战是数据安全和个人隐私。考虑到物理网（IoT）对今日的工业4.0革新的影响，越来越多的设备经过网络互连，服务规划是另一个重要的应战。
体系越来越杂乱，需支撑数据量剪切和越来越大的容量，还有各种不同的通讯技能（无线规范、光学互连、卫星通讯）以及很多的用户和服务提供商。难怪现在咱们等待新的人工智能和机器学习处理计划能将上述的需求一起满意，这需求一起平衡集中和涣散的数据办法，如同步进行云核算、雾核算和边际核算。
进步射频灵敏度：
Teledyne e2v是一家总部在法国格勒诺布尔的公司，专业从事微波技能的研制。早在榜首款军用雷达创造的时分，Teledyne e2v就进入了微波的范畴。70多年前，Teledyne e2v已开端规划行波管和闸流管体系。
1995年，Teledyne e2v研制了榜首代宽带数据转化器，包括模数转化器和数模转化器芯片（ADC和DAC），为进步射频体系的灵敏度和灵敏性做出了巨大奉献。
这些器材支撑高频模仿射频信号，并将其下变频/上变频至数字域。它们是数字操控射频无线电体系的要害器材，可进步下一代通讯设备的操控灵敏性。
无线电软件化是什么？
无线电软件化是经过运用算法完成可编程、可重复装备的无线电通讯通道或体系。这些无线电能够使软件界说无线电（SDR），乃至是认知无线电（CR），即能够辨认本地射频环境并设置其物理层参数（载波频率、调制形式等）以最大化频谱容量运用率的无线电。
跟着曩昔10年数字电子技能的开展，呈现了越来越多的杂乱灵敏无线电体系和相关的运用，如行将到来的5G移动无线终端。可是，若不细心规划、规划网络体系，则难以确保未来通讯体系的流通度。要害的数据需求在机器和机器（M2M）之间交流，如主动售货机网络以及主动驾驶和交通办理体系等，使得体系对吞吐量和推迟的压力越来越大。
a）
a）
a） 传统的单级外差式无线电，需下混频器
b）
b）
b） 运用ADC内部采样信号混叠的直接转化体系
图为简化的接纳端信号链路
运用数学增强现代通讯体系的灵敏度和灵敏性
多年来，采样定理、傅里叶变换和卷积等数学理论对通讯体系的开展做出了很大奉献。当在无线电体系中运用
数据转化器时，用户将得到更多的便当。
图1中可显着看出转化器和数字信号处理对接纳途径的影响。 今世的外差式规划（图1a）需求运用一个模仿下混频器，将接纳的信号转化到ADC的第二奈奎斯特域。
而在直接射频处理架构中（图1b），ADC运用信号混叠直接完成榜首级下变频。在ADC之后的下变频运用DSP内部的不同的数字操控振荡器确定到特定的载波信号。
终究，这种先进的数字办法运用于高灵敏性的接纳体系中，用于处理多个通道，并由数字域变量界说（图2）。这是一种简略的优化认知无线电的计划。
图 2 – 在增强型SDR中，数字操控振荡器可调理任何数量的独立通道
接纳端射频欠采样
在采样体系里，奈奎斯特-香农采样定理规则了模仿数字转化器以采样率2B采样最大带宽为B的信号时，可在数字域复原原始的信号。 经过运用带通滤波器，则有或许运用欠采样直接将超越带宽约束的高奈奎斯特域的射频信号下变频至其基带频谱规模（图2）。欠采样需运用ADC前端的采样坚持放大器（TH）。
TH的效果类似于可“折叠”射频信号的频率转化器，鄙人面的比方里将20到22.5GHz的信号转化到ADC的基带（榜首奈奎斯特域，即0到2.5GHz）。这去除了中频生成的环节（如本振和中频），极大地简化了模仿信号途径的规划（图3）。
这是完成数字操控无线电规划的根本过程，在从前的介绍6 Gsps ADC EV12AQ600的文章3里有具体描述。这款ADC的宽带TH支撑K波段信号的欠采样。
图 3 – 接纳端2.5 GHz带宽信号（载波频率21.25GHz）的TH欠采样（fs = 5 GHz）
发射端多奈奎斯特域频率组成
在发射端，传统的外差式无线电的发射DAC一般在榜首奈奎斯特域（NZ1）输出信号功率，并经过低通滤波器滤除混叠信号功率。假如发射DAC（TxDAC）可提供足够大的带宽，能将信号功率延展到更高的奈奎斯特域呢？如图4所示，这时，可运用带通滤波器挑选方针信号频段。
例如，EV12DS480 TxDAC可延展信号功率直到26.5GHz，并以8.5Gsps的采样率采样。
ADC欠采样和DAC多奈奎斯特域频率组成是射频数字操控的两个要害要素，也是Teledyne e2v进一步增强下一代无线电规划的方针。
图 4 —在NZ1发生的组成射频信号，并混叠到更高的奈奎斯特域（fs = 6 GHz）
KA波段立异的动力
欧盟地平线2020计划推进的星际元器材工程，其方针是开发新的宽带数据转化器以简化射频信号链路并推进Ka波段直接转化技能的开展。在这样的愿景下，元器材需完成更高的体系集成度，即添加射频通道密度、削减功耗、添加带宽和进步动态功用，一起促进欧洲宇航事务的开展。咱们估计这个工程将影响深远，包括增强通讯根底设备和地球观测才能等。
星际工程也推进Teledyne e2v研制新的数据转化器。Teledyne e2v正与星际工程密切合作，计划研制一款全新的模仿前端（AFE）样片。这款AFE能大幅扩展微波频率采样带宽，完成最先进的微波直接数字下变频和频率组成。
3 Teledyne e2v 白皮书，2019年12月：K波段直接数字化的高档宽带采样计划——扩展射频或许性的鸿沟
图 5—直接射频转化采样器的样片
样片的方针电功用
● 高功用模仿采样器，输入带宽高达Ka波段
● Ka波段较高的无杂散动态规模（SFDR）
● 单端输入的信号途径（无需巴伦）
● 高编码功率，ESIstream串行数字接口
● 强壮的时钟办理，包括同步链功用，可在波束成型运用中完成简略的相位对齐多通道体系
Teledyne e2v计划研制的直接射频转化采样器（图5）估计-3dB模仿输入带宽高达微波Ka波段（即在26.5到40GHz之间）。除了无与伦比的带宽，这款样片还将包括一些共同的功用，便于简略地运用于实践的体系中。
这些功用包括：
● 单端模仿输入信号途径，简化印制板电路规划和布线
● 无需运用贵重的、大体积的HF巴伦，可协助用户：
o 直接从微波数字采样
o 削减模仿信号采样器的信号失真
● 共同的微波采样器和低颤动时钟办理
● 在模仿前端（AFE）的输出端，这款器材没有运用LVDS，而是运用许可证免费的ESIstream高速串行接口体系，与商场上大多数的FPGA兼容（包括Xilinx的KU60系列）。
星际工程也促进了下一代TxDAC的开展。EV12DD700具有超越K波段的多奈奎斯特域的射频功用。这款器材有多种用户界说的输出数据形式，包括一种特别的“双射频”形式，与现有的DAC产品EV12DS480比较，极大地提升了信号输出的才能。这款最新的转化器的采样率超越8Gsps，可灵敏运用于各种数字操控体系。
模块化全灵敏度微波SDR简化规划
输入信号途径简化
削减杂乱微波射频体系的串扰并下降EMI敏感度无疑是一个巨大的规划应战。因而，大多数的高端数据转化器的信号和时钟输入运用差分平衡信号。这一计划十分有用，简直成了今日的规划规范。可是，差分电路规划的缺陷有以下两个方面：
● ADC的输入一般都是单端源，比方经过同轴电缆传递到接纳端的射频天线信号。为了处理这种单端信号，需在每个输入端（微波采样器和ADC）添加一个巴伦并平衡体系阻抗。这些巴伦需占用PCB面积，并适当贵重，特别是运用于Ka波段的规划时。
● 处理差分规划中的高速时钟边缘需准确匹配PCB走线的长度，这极大地添加了规划的难度。而运用单端输入可削减或消除接纳机中这些环节累积的信号相位差错。
增强的紧凑数据互联
曩昔十年，数据互联体系中的数据转化器得到了快速的开展。越来越多的器材抛弃了多路差分串行LVDS数据线合作独立的数据时钟的计划，转向运用集成了时钟的超高速接纳机的串行链路。典型的接口包括JESD204的多代协议和许可证免费的ESIstream，这两种接口都支撑超越12Gbps的数据率。
运用串行协议，能够更方便地运用光纤物理层代替铜线，并进一步提高通道密度。在这些运用中，抽值和插值技能可协助削减数据传输的线缆数量。
经过采样时钟精度坚持信号相位信息
跟着采样时钟频率的进步，有必要确保整个体系中采样边缘的确定性，特别是关于波束成型微波无线电体系。信号采样相位精度十分重要，由于它决议了整个体系（例如高精度组成孔径EO雷达）的空间丈量准确度。
Teledyne e2v的共同的同步链技能4，5经过运用相对低速的脉冲沿将恣意数量的转化器确定到相同的高精度采样时钟，成功处理了这一由同步信号的亚稳态引起的应战。现在，用户能够完成多个通道的并联，无需烦恼怎么确保多个分布式射频体系（用于相控阵和MIMO运用等）的相位对齐。
4Teledyne e2v技能笔记，2019年3月： 同步链，简化GHz数据转化器的多通道通道同步 ；
5Teledyne e2v 视频： 7分钟学懂同步多个ADC ；
总结—高密度模块和天线更挨近
这个项意图意图是明显扩展采样带宽，进步宽带产品系列的功用，以满意星际项目和商场的需求。 将直接转化技能运用于微波Ka波段的确十分重要而且极具应战。
之前的研讨工作现已成功证明K波段直接转化的可行性。需求指出，这一技能相同可用于高可靠性的宇航运用，这些运用一般需较高的总剂量防辐射功用。
Teledyne e2v正着手处理一切的技能问题，估计在不远的将来推出高灵敏性数据转化器片上体系（SiP）模块。这些模块包括多输入/多输出的ADC/DAC、微波采样器和相关的时钟办理电路，集成度很高，可放在离天线更近的当地。这样，超宽带CR将成为实际，高灵敏度无线电根底设备（至少其物理层）的应战将得到处理。SDR将变成灵敏SDN体系中的一个至关重要的部分。
尽管现在这一项意图中心技能细节还无法泄漏，咱们等待在2020年的最终一个季度发布更多的信息。一起，客户若有紧迫的问题，或想进一步了解这个项目，可直接联络Teledyne e2v。若客户赞同签署保密协议，咱们可提供更多的信息。
作者简介：
Romain Pilard
运用工程师
信号处理处理计划
Jane Rohou
营销传达司理
责任编辑：gt
