认知无线电：现场可编程射频器件提供突破性的机会

图5：FPRF中发送器的软件控制。

集成了两个ARM处理器的FPGA将 有足够资源运行Linux等操作系统(OS)以及软件栈。可编辑逻辑可以包含用于错误检测和纠错的纠错码。突然的错误增加一般意味着另一台无线电设备在用 相同频率发射信号。在这种情况下，软件可以决定重新扫描免费频率，并与远端接收器协商切换到另外一个信道上。FPRF还能够在跳频系统中工作。在这种跳频 系统中，信道将根据预先定义的顺序周期性的改变，常见于安全通信。

适应各种调制方案和不同带宽的能力使得认知无线电能够最优化即时可用信道。例如，如果准备在低噪声、宽频带上传输数据，那么FPRF带宽可以设置在 28MHz，并使用高阶调制方案(如16QAM)进行快速数据传送。而语音则可以使用受限的带宽设置(比如1.5MHz)在拥挤的空中电波中实现通信。

更 复杂的设计可以采用两个FPRF器件完成，这种方法支持2 x 2多入多出(MIMO)传输。MIMO技术有许多很明显的优势，因为它们能够利用高电平的多径传播方式在有噪信道中实现可靠接收。另外，MIMO可以用来 提高信道的总体数据传输速率。每个FPRF器件连接到自己的收发天线，FPGA设计则利用额外电路完成基带信号的解码。

正如你预计的那样，搭建认知无线电仍面临许多挑战。接收器框图显示片上有3个低噪声放大器(LNA)。 其中有一个针对300MHz至2800MHz的信号进行了优化，另外一个覆盖1.5GHz至3.8GHz范围，第三个LNA设计工作于完整的0.3GHz 至3.8GHz范围。在受限带宽下器件将有更好的灵敏度和噪声系数，如果设计必须覆盖整个范围，那么这点是必须要考虑的。另外一个挑战是设计非常宽带的天 线，这些天线要求在所有信道上都具有很高的效率。对于在受限的频率范围工作的系统来说这个问题可以得到简化。最大射频输出功率为1mW的Lime器件非常 适合小蜂窝要求的短覆盖范围，但在认知无线电应用中需要进行放大。同样，如果要求完整的射频频谱，这方面也是一个挑战。

已经 有开源组织在研究与FRPF有关的课题。用户可以在那里找到有用的信息、购买低成本的评估板、下载免费的FPRF配置软件并得到FPRF的印刷电路板版 图。作为与认知无线电有关的例子，用户可以下载类似频谱分析仪的快速傅里叶变换(FFT)显示应用。芯片内的接收器通过扫描整个频段来依次监听所有频率， 并在PC机上用频谱图显示即时输出。今后还会建立开源网站，为对灵活无线收发器感兴趣的专家和业余爱好者提供直接相关的更多项目。值得预期的是，网站将成 为软件无线电和先进的认知无线电系统的设计人员不可或缺的资源。

需要提醒的是，如果你计划发射无线信号，你必须与当地管理机构联系以获得允许的发射功率电平和频率。