Программно-определяемая радиосистема

Программно-определяемая радиосистема (англ. Software-defined radio, SDR) — радио-телекоммуникационная система, которая может быть настроена на произвольную полосу частот и принимать различные виды модулированного сигнала, состоящая из программируемого оборудования с программным управлением.

ПОР выполняет значительную часть цифровой обработки сигналов на обычном персональном компьютере или на ПЛИС. Целью такой схемы является радиоприемник или радиопередатчик произвольных радиосистем, изменяемый путем программной переконфигурации.

Программное радио имеет большую полезность для военных применений и беспроводных услуг, так как позволяет обслуживать большое количество радиопротоколов.

Оборудование для ПОР обычно состоит из супергетеродинного приемника, который преобразует сигнал с радиочастоты на промежуточную, аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей (АЦП и ЦАП).

В настоящее время ПОР используются для реализации простых радиомодемов, в частности GSM, WiFi, WiMax. Со временем, ПОР, возможно, станет основной технологией в радиокоммуникациях.

Принцип работы

Идеальный случай

В простейшем случае приемник для ПОР не использует промежуточную частоту, антенна непосредственно подключается к АЦП. Цифровой сигнальный процессор считывает сигнал с преобразователя и программно преобразует его в любую форму.

Похожим образом подключен передатчик. Цифровой сигнальный процессор генерирует поток чисел и посылает их на вход высокоскоростного ЦАП.

Реальные схемы

В настоящее время основным лимитирующим фактором в развитии ПОР являются параметры применяемых ЦАП и АЦП. Быстродействие цифровой части не накладывает принципиальных ограничений. Однако, на практике, особенно в случае портативных и носимых применений, более высокая потребляемая мощность может являться весомым аргументом против использования ПОР. Современные образцы ЦАП и АЦП позволяют реализовать ПОР-системы в диапазоне частот до сотен мегагерц без преобразования частоты. В то же время, для достижения предельных параметров линейности, чувствительности и избирательности, чаще используются схемы с преобразованием частоты. Цифровая обработка может вестись как на процессорах общего назначения, так и с помощью схем, реализованных на ПЛИС или специализированных ИМС. Первый способ наименее экономичен с точки зрения энергопотребления, и, главным образом, может применяться на этапе разработки системы, ввиду простоты отладки и реконфигурации. Решения на ПЛИС и специализированных микросхемах намного (в десятки и сотни, а иногда и тысячи раз) более экономичны. Применеие ПЛИС также позволяет оперативно реконфигурировать систему. Преимуществом специализированных ИС являются более низкие цена и энергопотребление, а также отсутствие необходимости самостоятельно разрабатывать прошивку. Такие микросхемы уже длительное время выпускаются как в России (1288ХК1Т), так и за ее пределами (AD6620).

История

Одна из первых систем ПОР разрабатывалась американскими военными под названием SpeakEasy. Целью проекта было использование программной обработки для эмуляции более 10 существующих военных радиосистем, функционирующих в диапазоне от 2 до 20 МГц. Другой целью была возможность поддержки любых новых схем кодирования и модуляции, чтобы военные могли использовать более совершенные модуляции и кодирования.

Назначение

Данная технология позволяет заменить огромнейшее разнообразие существующих и разрабатываемых конструкций радиоприёмников и трансиверов, как серийных, так и, прежде всего, любительских, построенных по сложной супергетеродинной схеме, на ограниченное число доступных аппаратных блоков, работающих под управлением разрабатываемого сообществом ПО. Это приведёт к упрощению и удешевлению конструкций, существенному улучшению характеристик, поддержке любых видов модуляции, появлению большого количества сервисных функций, а также ускорит разработку, поскольку ПО может совершенствоваться одновременно всем сообществом. Такое стало возможно с появлением доступных быстрых ЦАП и АЦП (иногда достаточно звуковой платы ЭВМ) и удешевлением ПЭВМ и DSP-процессоров.

Любительские ПОР

ПОР и технологии RFID

ПОР могут найти применение в системах радиочастотной идентификации (RFID), которые функционируют на разных частотах и используют разные протоколы.

См. также

• Цифровое радио
• PACTOR
• AMTOR
• GnuRadio
• Racom

Ссылки

Статьи с технических конференций SDR Forum 2004 and 2005 доступны на сайте:

• 2005 SDR Forum papers
• 2004 SDR Forum papers

Книги о SDR:

• Software defined radio : architectures, systems, and functions. Dillinger, Madani, Alonistioti. Wiley, 2003. 454 pages. ISBN 0-470-85164-3, ISBN 978-0-470-85164-7
• Cognitive Radio Technology. Bruce Fette. Elsevier Science & Technology Books, 2006. 656 pags. ISBN 0-7506-7952-2, ISBN 978-0-7506-7952-7
• Software Defined Radio for 3G, Burns. Artech House, 2002. ISBN 1-58053-347-7

Внешние ссылки

• Eric Blossom explains Software Radio
• OMG Software Based Communication (SBC) Domain Task Force
• Software Defined Radio Forum
• F4DAN Some amateur radio SDR projects and resources
• Using model-driven engineering, domain-specific languages, and software product lines in developing Software-Defined Radio components and applications
• Evolution and standardization of the software communications architecture
• A Holistic Approach to Designing SDRs for Power
• Software Radio Resource Page Other SDR projects and resources
• websdr.org Online SDR service