开源软件定义无线电设备内部结构及应用设计

软件定义无线电（Software Defined Radio， SDR）是一种现代无线电广播通信技术，它采用软件定义的无线通信协议而非“纯硬件电路”实现各种通信和信号采集功能，这种方式打破了有史以来设备的通信功能的实现只能依赖于硬件发展的格局。与模拟电路相比数字电路具有更多的优势，能够提供更好的性能比如灵敏度、动态范围、处理速度和精确度等，现在半导体的发展已经突破了摩尔定律，更多性能强大的半导体器件涌现，我们只需要相对较少的操作就可以实现非常精确的数字信号采集和处理。

Panoradio是一款基于Zedboard和AD9467 ADC器件的SDR设备，具有最大250MHz的采样带宽，0—100MHZ还支持信号直接采样接收，该设备移植了Linux嵌入式操作系统，提供了全面的解调软件事例。此外Panoradio是一项开源工程，相关设计资料提供下载（下载地址）。

图1：Panoradio设备内部结构

Panoradio提供了丰富的外设接口，比如HDMI、以太网、音频插口、USB和编程配置接口等。三个SMA（无线电天线）接口默认为100MHz采样模式，如上图所示绿色板卡即为系统核心Zedboard，蓝色板卡是AD9467-FMC-250EBZ ADC扩展板卡，最下方是电源和控制电路。金属包围前端面板长达70厘米，由于高速的AD转换操作散热量大，因此在前面板内部安装了风扇。

图2：Panoradio SDR系统设计框架

Panoradio系统的数字信号处理模块只使用了Zynq Z-7020 SoC器件不到50%的可编程逻辑资源（PL），也意味着它还可以集成更复杂的数字信号处理功能，而且采用的这款Zynq器件还是Zynq系列中资源相对较少的一款。

此外对于信号处理实现FFT（快速傅里叶变换）和通信等功能已经不再是瓶颈，这些都已经有专门的IP核资源可以利用，现在需要解决的是图形化加速处理和显示的需求，同时作为半导体行业的领导者Xilinx意识到了这个问题相继推出了Zynq UltraScale+ MPSoC和Zynq UltraScale+ RFSoC，MPSoC EG和EV系列集成了Mali-400 GPU核，RFSoC则集成了4Gsamples/sec ADC和 6.4Gsamples/sec DAC功能，非常适合SDR应用，相信不久会获得广泛的应用。