SDR助力實現創新車載娛樂
得益于微處理器不斷增強的性能,軟件定義無線電(SDR)可以為汽車OEM制造商提供新的解決方案。將收音機功能從硬件轉向軟件,不但能夠為全球汽車制造業帶來成本優勢,同時也可以在將來的收音機功能方面為制造商帶來更大的靈活性。
在首款車載收音機接收器上市80余年之后,汽車產業正面臨諸多更大的挑戰。車載收音機必須具備比大多數其他消費類產品更多的特性:超長壽命、高可靠性和高性能。如今,車載收音機不但需要支持傳統的模擬無線電系統(AM和FM),還需要支持數字無線電系統。
需要解決的一個主要問題是全球存在多個不同的數字無線電廣播標準——從DAB(+)到DRM(+)及HD Radio,如此等等,不一而足。各個國家或地區由于不同原因(商業、政治、金融和網絡等)而選擇了不同的標準。無線電設計工程師面臨的真正挑戰在于,如何把基于不同廣播技術、差錯保護方案和編碼技術的標準有機地集成起來。
盡管汽車生產差不多已經實現全球化生產,但車載收音機市場卻是區域性的,因為各個地區部署了不同的數字無線電標準。因此,每個市場都需要一種專用的數字無線電解決方案(圖1)。這種多樣性不但成本高昂而且耗費時間,因為對于每個市場,都需要評估、測試和集成不同組合的音頻器件。
圖1:產品鏈(各種標準均采用專用單器件)。
更加靈活
為使靈活性和成本效率達到最佳平衡,可以通過適當組合功能強大的DSP(=靈活性)和專用HW加速器(=成本效率)來實現。軟件定義無線電雖然并非什么新思想,但目前為止,純軟件無線電系統仍然主要用于學術研究。
實現具有商業價值的數字無線電系統的關鍵是為硬件/軟件做出適當的分工,同時考慮以下因素:盡量將數字化擴展到天線輸入部分(數字技術更靈活);應在硬件中實現需要固定和常規數據計算的處理步驟(例如:數字濾波)。
嵌入式處理器技術不斷增強的計算性能已發生重大變化,SDR亦是如此。如今,仍然無法在多用途處理器上運行純SDR。然而,將來可以把越來越多的處理元件映射到處理器上,從而幫助OEM制造商進一步降低硬件成本,提高其產品的成熟度。
圖2:精簡的供應鏈(采用SDR技術)。
更經濟
SDR技術提供了更加經濟的方式。客戶可以使用一顆支持多標準的單芯片設計,而無須為每一種標準開發一種專用的解決方案。這種模式將簡化物流過程,并減少芯片開發、軟件驗證、模塊制造等方面的研發投資。
此類解決方案的一個示例是來自恩智浦半導體(NXP Semiconductors)公司的數字廣播協處理器SAF356x(圖3),該協處理器支持HD-Radio、DAB、DAB+、T-DMB、DRM和DRM+等標準。每一標準的解決方案可以在汽車生產線通過編程來激活。您只需開發高集成度的硬件解決方案,就可支持全世界的收音標準。
圖3:面向多個市場的多標準數字廣播SAF356x。
其目的還不是在通用處理器上運行完整的收音方案。在當今的技術條件下,這樣的系統尚不經濟。然而,關鍵是對芯片進行獨特的設計,使處理器以技術和商業上最適合的方式執行每一種功能,無論是硬件功能還是軟件功能。因而,一個多標準收音系統始終包括一個用于實現傳統調幅/調頻收音機功能的器件,和一個通過SDR實現相應地區要求的所有數字廣播標準的第二器件。
過渡期間提供更多支持
還有一個挑戰是不同技術、客戶支持服務與性能要求的結合。
當DAB+的出現引起編解碼器的變化時,汽車產業出現了一個令人困惑的問題。盡管在DAB+出現時,車載DAB收音機安裝的數量并不是很多,但在當時,市場上已有不少汽車采用了僅支持DAB的解決方案,無法升級到DAB+。轉變到DAB+新編解碼器的過程存在問題,原因很簡單,因為射頻和音頻處理不夠靈活,無法進行重配置。另外,許多解決方案一旦被安裝在汽車中,根本就沒有利用新軟件升級芯片組的機制。而SDR解決方案(與高效芯片設計相結合)可以幫助汽車制造商和系統解決方案提供商快速應對挑戰。此外,SDR有助于促進汽車產業新標準和新功能的普及步伐,因為它為那些演進速度較快的消費市場功能提供了更快捷的途徑。
由于同一節目在模擬信道(如調頻)和數字信道(如DAB)之間存在廣播延遲,當收音機從模擬接收方式切換到數字接收模式時(反之亦然),如果聆聽體驗因此而受到消極影響,其結果將不利于新數字無線電標準的普及。正因如此,現代收音系統都要求具備“DAB-FM混頻”之類的功能,這類功能可以在模擬接收與數字接收之間實現無縫鏈接且不會導致任何中斷。收音機將根據接收質量參數,始終切換到最佳接收信道。
數字域還有另外一個優勢——可以開發出時移功能以保障無線電節目的連續性,比如,從收聽者因接電話而中斷的時刻開始恢復。然而,SDR技術也可能為客戶供應鏈帶來風險。對于傳統無線電系統來說,集成過程中通常有一家半導體公司提供幫助和服務。然而,隨著針對不同標準的軟件組件的增多,情況可能變得復雜起來,因為軟件可能來自不同的供應商。因此,有必要確保在芯片供應商外,建立一個可靠的供應和服務網絡。
采用SDR概念設計的數字收音機和采用RFCMOS技術的FM/AM收音機無縫結合
通過采用SDR和RFCMOS技術,恩智浦為客戶提供了將調頻/調幅收音接收系統和數字廣播系統相結合的解決方案。如圖4所示系統結構,將具備模擬廣播信號處理和音頻處理功能的HERO與實現數字廣播信號處理的SAF356X相連接,即可實現適用于全球模擬和數字廣播標準的平臺。
圖4:適用于全球廣播系統的解決方案。
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