软件定义无线电简介

出处:维库电子市场网 发布于:2023-12-04 16:25:13

  据我所知,“软件定义无线电”并不是一个具有含义的完全标准化术语。因此,我需要做的件事就是确定我所说的“软件定义无线电”的确切含义。事实上,我首先要提到两件我无意的事情:
  可以通过软件以某种方式进行修改的典型基于硬件的射频通信系统不是 SDR。例如,如果无线电具有用于调频和调幅的硬件,并允许用户通过软件(或固件)设置在两者之间进行选择,则我们不处理 SDR。这可以称为软件控制无线电。
  完全基于硬件的数字数据链路不是 SDR。“软件定义无线电”中的“软件”并不是指系统传输数字数据的事实。
  现在我们有两个例子来说明 SDR 不是什么,下面是我对“软件定义无线电”的定义的尝试:
  软件定义无线电是一种概念,根据该概念,射频通信是通过使用软件(或固件)执行通常由硬件执行的信号处理任务来实现的。软件定义的无线电(如设备本身)是一种射频通信系统,其中包含大量基于软件的信号处理功能。
  一些细节
  这给了你总体的想法;以下是对基本定义的扩展的两点:
  SDR 不一定是数字通信系统。这似乎违反直觉,但非常复杂的数字(实际上是混合信号)电路板可用于实现纯模拟射频通信,例如模拟音频信号的传输。
  SDR 不必同时提供发送和接收功能。它可能只是一个发射器或只是一个接收器。如果它既能够发送又能够接收,它可能会在软件中实现 Rx 路径,在硬件中实现 Tx 路径。没有理由说软件必须用于所有事情。
  
  软件定义的 RF 数据链路中的接收路径示例。
  要求
  与任何其他电子系统一样,无线电可以包含不同程度的基于软件的功能。那么问题来了:普通无线电什么时候变成软件定义无线电?它需要有多少软件?
  嗯,我的答案是,决定不是基于软件的数量,而是基于软件执行的任务。在我看来,如果你想将某个东西称为 SDR,那么软件应该负责传统上由硬件执行的基本射频信号处理任务。其中包括以下内容:
  对于传输路径:
  生成基带波形
  生成 IF(中频)波形
  生成 RF 波形(此处“RF”是指发送到天线的终频率信号)
  对于接收路径:
  对接收到的 RF 信号或 IF 信号进行采样和解调
  对基带信号进行采样和解码(这仅适用于数据链路,因为“解码”是指分析基带信号以确定每个符号表示的二进制信息)
  您可能已经注意到,我没有在此列表中包含过滤。去除不需要的频率成分——例如,对采样的基带信号进行低通滤波——无疑是射频通信的一个重要方面。然而,在我看来,如果软件执行的主要任务是过滤,则系统不符合 SDR 的资格。但如果您认为我过于排外,请不要犹豫不同意。

  组件
  我认为可以肯定地确认以下几点:如果您的系统没有数据转换器和相当重型的处理器,那么它就不是 SDR。
  通常,处理器是 DSP,在这种情况下代表“数字信号处理器”而不是“数字信号处理”。这是为强调某些功能而设计的处理器的名称,例如高频率或促进数学计算的硬件。这些功能将 DSP 芯片与微控制器分开,但显然,随着微控制器变得更快、更复杂,界限可能会变得模糊。
  如果您想在软件中实现解码,DSP 需要非常强大,因为这涉及一些严肃的数学,并且处理器需要足够快地执行解码计算以跟上传入的数据。另一方面,如果您使用处理器所做的只是生成基带波形,并将其发送到 DAC 并由硬件进行上变频,则高于平均水平的微控制器可能就足够了。
  数据转换器将是 ADC 或 DAC(或两者)。您需要一个用于接收功能的 ADC 和一个用于发送功能的 DAC。这里的一个明显限制是采样率:射频通信涉及高频,有时甚至非常高的频率,转换器的采样率必须足够高才能提供足够的信噪比。
  优点和缺点
  在我看来,大多数射频通信系统仍然以硬件实现,这并不奇怪:SDR 通常需要大量的软件开发和复杂的 PCB 设计。此外,基本组件——高性能数据转换器和坚固的处理器——并不便宜。将所有这些与单芯片、高度集成的收发器(例如这个)进行比较,后者负责处理大量细节并为您提供几页性能数据,以便您在打开原理图之前就大致了解系统的功能编辑。
  那么为什么还要费心使用 SDR 呢?首先,我发现它们在智力上充满活力,因为它们提供了仔细分析射频信号以及试验调制和解码技术的工具。它们还使那些射频设计经验有限的人更容易使用定制射频通信系统。

  更实际的好处是灵活性——主要的灵活性。如果射频系统的重要部分由软件控制,那么只需新的程序文件即可对系统功能的重要部分进行细化、修改甚至彻底检查。实际上,甚至可以将改进和修改纳入现有软件中,这为高度自适应射频通信打开了大门——系统可以设计为通过自动更改调制方案或解码算法来响应事件或长期条件。

  SDR 可以在 FSK 和 QPSK 之间切换
  SDR 可以根据当前提供较低误码率的一种在FSK和QPSK之间进行切换。
  结论
  我希望您现在对软件定义无线电是什么有一个清晰的(尽管可能相当理论上的)想法。在成本和简单性方面,SDR 无法与基于单芯片硬件的解决方案竞争。尽管如此,它们对于研发项目来说是有趣且有价值的工具,并且它们还支持先进的功能,这对于的高性能射频系统非常有益。
关键词:无线电

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