軟件無線電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和GNU Radio平臺的詳細(xì)說明

　　1、軟件無線電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　J.Mitla在1992年首次提出了軟件無線電的概念，此后該技術(shù)一直受到業(yè)界的廣泛關(guān)注和研究。與傳統(tǒng)的無線電設(shè)備相比較，在軟件無線電中，諸如信號發(fā)生、調(diào)制/ 解調(diào)、信道編譯碼等信號處理過程以及協(xié)議棧皆由軟件實(shí)現(xiàn)，而不是固定電路，因此軟件無線電設(shè)備更易于重新配置，從而可靈活地進(jìn)行多制式切換并適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)。廣義上的軟件無線電分為三類。a）將多種不同制式的設(shè)備集成在一起， 例如現(xiàn)在市場上的GSM-CDMA雙模手機(jī)。顯然，這種方式只能在預(yù)置的幾種制式下切換，要增加對新的制式的支持則意味著集成更多的電路，重配置能力十分有限。b）基于現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA） 和數(shù)字信號處理器（DSP），這類可編程硬件，重配置的能力得到了很大提高。但是用于FPGA的VHDL、Verilog等語言以及418 的匯編語言都是針對特定廠商的產(chǎn)品，使得這種方式下的軟件過分依賴于具體的硬件，可移植性較差。此外，對廣大技術(shù)人員來說，F(xiàn)PGA和DSP開發(fā)的門檻依然較高，開發(fā)過程也相對比較繁瑣。c）針對以上兩類缺陷，第三類軟件無線電設(shè)備采用通用硬件（例如：商用服務(wù)器、普通PC以及嵌入式系統(tǒng)）作為信號處理軟件的平臺，具有以下幾方面的優(yōu)勢：純軟件的信號處理具有很大的靈活性；可采用通用的高級語言（如C/C++）進(jìn)行軟件開發(fā)，擴(kuò)展性和可移植性強(qiáng)，開發(fā)周期短；基于通用硬件的平臺，成本較低，并可享受計算機(jī)技術(shù)進(jìn)步帶來的各種優(yōu)勢（如：CPU處理能力的不斷提高以及軟件技術(shù)的進(jìn)步等）。盡管基于通用硬件平臺的軟件無線電具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是目前通用硬件平臺在處理速度效率、體積和功耗以及實(shí)時性方面仍然比不上FPGA和DSP這樣的專用硬件。所以現(xiàn)在第二類軟件無線電仍然是主流，但由于微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，軟件無線電將越來越青睞于通用的硬件平臺。

　　2、GNU Radio概述

　　GNU Radio是由Eric Blossom發(fā)起的、完全開放的軟件無線電項(xiàng)目，旨在鼓勵全球技術(shù)人員在這一領(lǐng)域協(xié)作與創(chuàng)新，目前已經(jīng)具有一定的影響力。GNU（GNU’s Not Unix）本身是一個推進(jìn)軟件開放源代碼的著名項(xiàng)目， 由FSF（Free Softwaer Foundation）支持，目前廣泛使用的GNU/Linux操作系統(tǒng)則是來源于此。GNU Radio主要基于Linux操作系統(tǒng)，也可以移植到其他操作系統(tǒng)上，采用C++結(jié)合Python腳本語言進(jìn)行編程，其代碼完全開放，用戶可以在其網(wǎng)站-R.上下載和參與更新維護(hù)其代碼。利用GNU Radio提供的一套軟件，再加上一臺普通PC機(jī)和廉價的硬件前端即可開發(fā)各種軟件無線電應(yīng)用。硬件前端可以是一套專用的射頻前端或者AD/DA卡，甚至是一塊普通的聲卡。Matt Ettus為GNU Radio設(shè)計了一套射頻前端 USRP（Universal Software Radio Peripheral），可在0GHz～2.9GHz載頻上提供最高可達(dá)16Mhz帶寬的信號收／發(fā)能力。除了具有第三類軟件無線電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)外，GNU Radio和USRP還具有如下優(yōu)勢： a）成本較低。軟件免費(fèi)，USRP的價格大約與一臺普通PC相當(dāng)，帶寬可滿足目前多數(shù)音視頻廣播和無線通信制式的要求，支持雙工和多天線應(yīng)用。 b）技術(shù)門檻較低，具有一定編程經(jīng)驗(yàn)和Linux使用經(jīng)驗(yàn)的用戶可在較短時間內(nèi)掌握其配置、使用和開發(fā)。 c）獲得來自全世界眾多GNURadio擁護(hù)者以及Eric Blossom 和Matt Ettus本人的技術(shù)支持。