Problemlöser SDR #####

Konvergenz treibt Entwicklung neuer HF-Architekturen voran

Einer der Gründe, warum sich separate, drahtlose Transceiver-Module wie für Bluetooth oder WiFi so erfolgreich im Markt durchsetzen konnten, beruht darauf, dass es sich bei diesen Kommunikationsmodulen primär um zusätzliche Erweiterungen (Add-Ons) und nicht um Standardfunktionen handelte. So liegt es auch auf der Hand, dass Plug-in-Lösungen zur individuellen Konfigurierung eines ansonsten standardmäßigen Chassis durch einfaches Einstecken der gewünschten Module – inklusive der erforderlichen HF- und Basisbandverarbeitung – für den Gerätehersteller attraktive Vorteile bieten.

Ein unveränderter Einsatz solcher separaten Transceiver-Module ist jedoch mit der zunehmenden Verbreitung unterschiedlicher Kombinationen dieser Wireless-Kanäle als Standardfunktionen in neuen Gerätegenerationen fraglich: Zum einen lassen sich die benötigten Module angesichts immer kompakteren Geräteabmessungen nur schwer unterbringen, zum anderen führt der hohe Energiebedarf aller Einzelmodule zu einer wesentlich kürzeren Akkulaufzeit – ganz zu schweigen von der Menge des verbauten Halbleitermaterials, die die Produktkosten in die Höhe treibt. Darüber hinaus wird bei Anwendungsszenarien, bei denen mehrere Kommunikationskanäle gleichzeitig aktiv sein müssen, eine saubere Signaltrennung der sich oft gegenseitig störenden Antennen zunehmend schwierig.

Die gleichzeitige Reduzierung von Abmessungen, Kosten, Stromverbrauch und Antennenstörungen erfordert eine Systemarchitektur, bei der die HF- und Basisbandfunktion ganz oder teilweise von verschiedenen HFKommunikationskanälen gemeinsam genutzt wird. Bei einer derart integrierten Lösung könnten sich so beispielsweise alle Kanäle wie Bluetooth und IEEE 802.11b/g, die im selben Frequenzband arbeiten, die vorhandene HF-Hardware aus Antenne, Leistungsverstärker und Mischer teilen. Kanäle, die ähnliche Modulationsarten verwenden, können bei einem solchen Ansatz ein gemeinsames programmierbares Modem nutzen. Dies ermöglicht die Realisierung neuer Multi-Bandund Multi-Mode-HF-Architekturen, in denen HF mit HF und Modem mit Modem integriert sind, und zwar vorzugsweise über eine dazwischenliegende digitale Standardschnittstelle. Die Unterstützung verschiedener drahtloser Kommunikationskanäle über ein einziges Hardware-Modem erfordert die Nutzung von flexiblen, software-programmierten Modem-Engines.

In der Praxis bieten solche Modem-Engines für den Gerätehersteller eine der besten Möglichkeiten zur Differenzierung von anderen Wettbewerbern, da sich hier die HF-bezogene Leistungsfähigkeit des jeweiligen Gerätes entscheidend beeinflussen und erweitern lässt. Die Luftschnittstelle ist heute für jeden mobilen Kommunikationsstandard fest definiert und bietet den Herstellern damit nur wenige Möglichkeiten zur Verbesserung der HF-Front-End-Leistung. Hier bleibt im Wesentlichen nur die Möglichkeit zur Auswahl der für die Realisierung jeweils bestgeeigneten HF-Technik – zum Beispiel eines HF-CMOS-, BiCMOS- oder GaAs-Prozesses. Das Codec-Verfahren am anderen Ende der Modem-Pipe ist bezüglich des Algorithmustyps, der zur Implementierung erforderlich ist, ebenfalls ausreichend definiert. Richtig interessant wird es daher erst beim Modem zwischen HF-Front-End und Codec: Hier kann das modulierte/demodulierte Signal vor dessen Codec-Verarbeitung durch innovativen Einsatz von geschütztem IP verarbeitet und konditioniert werden, um so eine geringere Bitfehlerrate (BER) beziehungsweise eine reduzierte Sende-/Empfangsleistung bei identischer BER zu erreichen.

Aufgrund der erforderlichen Anpassung an die vor Ort herrschenden Signaleigenschaften – wie bezüglich Schwund durch Mehrwegeempfang (Multipath Fading) und Interferenz – sollte diese Signalverarbeitung und -konditionierung idealerweise mit Hilfe von DSP-Algorithmen durchgeführt werden, die auf einem software-programmierten High-End-DSP laufen. Ein solcher Ansatzes bietet auch eine einfache Anpassung an veränderte Standards und Feldtest-Ergebnisse. Darüber hinaus ermöglicht er auch eine einfache nachträgliche Hinzufügung neuer, intelligenterer Algorithmen (z.B. zur Verbesserung des Signal-Rauschabstands), was bei hardware-basierten Lösungen ohne umfangreiche Änderungen im IC-Layout nur schwer möglich ist.

1. Problemlöser SDR #####
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3. Konvergenz treibt Entwicklung neuer HF-Architekturen voran
4. Vorteile eines „Software Defined Radio“-Konzeptes
5. Pluspunkte softwarebasierter Konzepte