軟件定義無(wú)線電(SDR)工作原理及三個(gè)方向的應(yīng)用：軍用、業(yè)余、家用

軟件定義無(wú)線電?(SDR) 是一種無(wú)線電通信系統(tǒng)，通常以硬件(例如混頻器、濾波器、放大器、調(diào)制器和解調(diào)器、檢波器等)組件實(shí)施的東西現(xiàn)在通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)或嵌入式系統(tǒng)上的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。雖然軟件定義無(wú)線電(SDR)不是新的概念，但其涉及的許多快速的數(shù)字電子發(fā)展能力過(guò)去只在理論上是可能的。

基本的SDR系統(tǒng)可能由包括配有聲卡或其它模數(shù)轉(zhuǎn)換器、前面有某種形式的射頻前端的個(gè)人電腦組成。大量的信號(hào)被交給通用處理器處理，而不是用專(zhuān)用的硬件。這種設(shè)計(jì)生產(chǎn)了一種完全基于所使用的軟件、可以接收和傳輸廣泛不同的無(wú)線電協(xié)議（有時(shí)稱為波形）的收音機(jī)。

在軍事和手機(jī)服務(wù)中軟件無(wú)線電具有重大的實(shí)用性，這兩個(gè)都要求實(shí)時(shí)提供各式各樣變化的無(wú)線電協(xié)議。

長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，提倡者像SDRForum（現(xiàn)在的無(wú)線創(chuàng)新論壇）預(yù)計(jì)軟件定義無(wú)線電將成為無(wú)線電通信中的主導(dǎo)技術(shù)。軟件定義無(wú)線電與軟件定義天線一同是認(rèn)知無(wú)線電的使成者。

軟件定義無(wú)線電有足夠的靈活性避免以前種類(lèi)無(wú)線電設(shè)計(jì)師的"有限的頻譜"假設(shè)，以一種或多種方式，包括：

擴(kuò)頻和超寬帶技術(shù)允許幾臺(tái)發(fā)射機(jī)在相同的位置用相同的頻率發(fā)射而干擾很小，通常結(jié)合有一個(gè)或多個(gè)錯(cuò)誤檢測(cè)和校正技術(shù)來(lái)修復(fù)所有由該干擾引起的錯(cuò)誤。

軟件定義天線自適應(yīng)地"鎖定到"定向信號(hào)，以便接收機(jī)可以更好地拒絕來(lái)自其它方向的干擾使其能夠檢測(cè)微弱的傳輸。

認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)：每個(gè)電臺(tái)檢測(cè)使用中的頻譜并把這些信息傳達(dá)給其它合作的電臺(tái)，以便發(fā)射機(jī)通過(guò)選擇未使用的頻率能避免相互干擾。

動(dòng)態(tài)發(fā)射機(jī)功率調(diào)整，基于來(lái)自接收機(jī)的信息，按最低所需降低發(fā)射功率，減少遠(yuǎn)近的問(wèn)題，并減少對(duì)其它的干擾。

每添加電臺(tái)總?cè)萘吭黾硬p少在任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)上所要求的功率的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)只發(fā)射足夠大聲的信息跳到那個(gè)方向最近的節(jié)點(diǎn)，減少了遠(yuǎn)近問(wèn)題并減少干擾到其它的。

工作原理

理想的接收機(jī)方案應(yīng)是給天線附加一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。數(shù)字信號(hào)處理器會(huì)讀轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號(hào)處理器的軟件然后把來(lái)自轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)流變換成應(yīng)用程序需要的任何其它形式。

理想的發(fā)射機(jī)是類(lèi)似的。數(shù)字信號(hào)處理器將生成數(shù)字的流。這些將會(huì)發(fā)送給連接到無(wú)線電天線的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器。

由于技術(shù)的實(shí)際限制理想的計(jì)劃不是完全可以實(shí)現(xiàn)的。在兩個(gè)方向上的主要問(wèn)題是在同一時(shí)刻數(shù)字和模擬域之間以足夠高的速度和足夠高的精度轉(zhuǎn)換的難度，并不依靠像干擾和電磁共振物理過(guò)程的輔助。

接收機(jī)結(jié)構(gòu)

大多數(shù)接收機(jī)使用變頻振蕩器、混頻器和濾波器來(lái)調(diào)諧所需的信號(hào)到常用中頻或基帶，然后由模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣。然而，在某些應(yīng)用中沒(méi)有必要把信號(hào)調(diào)諧到中頻，射頻率信號(hào)直接由模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣（后放大的）。

實(shí)用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器缺少檢出亞毫伏、納瓦功率的無(wú)線電信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍。因此在轉(zhuǎn)換步驟前必須低噪聲放大器，此設(shè)備引入了自己的問(wèn)題。例如，如果雜亂信號(hào)出現(xiàn)（這是典型的），這些與放大器動(dòng)態(tài)范圍之內(nèi)的所需信號(hào)競(jìng)爭(zhēng)。它們可能會(huì)引入所需信號(hào)的失真，或者可能完全封鎖它們。標(biāo)準(zhǔn)的解決方案是在天線和放大器之間使用帶通濾波器，但這些減少無(wú)線電的靈活性。真正的軟件無(wú)線電往往有兩個(gè)或三個(gè)不同的帶寬轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出的模擬通道濾波器。

軍用

聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)（JTRS）原先是美國(guó)軍方計(jì)劃的下一代戰(zhàn)場(chǎng)行動(dòng)中使用的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)電臺(tái)。

2011年10月美國(guó)國(guó)防部副部長(zhǎng)取消聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)項(xiàng)目，指出：

我們的評(píng)估是JTRS GMR 發(fā)展計(jì)劃的產(chǎn)品不大可能以合理的成本滿足服務(wù)需求的，畢竟可能不符合某些要求。因此終止是必要的。

項(xiàng)目的資金被允許在2012年3月到期。

業(yè)余和家用

典型的業(yè)余軟件無(wú)線電使用直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)。與更遙遠(yuǎn)的過(guò)去直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)不同的是，使用的混頻器技術(shù)基于正交采樣檢波器和正交采樣激勵(lì)器。

這種系列的軟件無(wú)線電接收機(jī)性能與利用的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Adc）的動(dòng)態(tài)范圍直接有關(guān)。射頻信號(hào)向下轉(zhuǎn)換到音頻頻段，由高性能音頻ADC采樣。第一代軟件無(wú)線電接收機(jī)使用PC的聲卡提供ADC功能。較新的軟件定義無(wú)線電使用嵌入式高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器，提供更高的動(dòng)態(tài)范圍和更抗噪聲和射頻干擾。

PC使用特定于無(wú)線電硬件的軟件快速執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理(DSP) 操作。幾個(gè)軟件無(wú)線電努力使用開(kāi)放源SDR?庫(kù)DttSP。

SDR軟件執(zhí)行所有的解調(diào)、濾波（無(wú)線電頻率和音頻頻率）、信號(hào)增強(qiáng)（均衡和雙耳提交）。用途包括每個(gè)常見(jiàn)的業(yè)余調(diào)制：摩爾斯電碼、單邊帶調(diào)制、頻率調(diào)制、調(diào)幅和各式各樣的數(shù)字模式，如無(wú)線電電傳、慢掃描電視和數(shù)據(jù)包無(wú)線電。業(yè)余愛(ài)好者也實(shí)驗(yàn)新調(diào)制方法：例如夢(mèng)（DREAM）開(kāi)源項(xiàng)目解碼用于全球范圍數(shù)字電臺(tái)（DRM）的COFDM 技術(shù)。