軟件定義的無線電

軟件無線電利用現代化軟件來操縱、控制傳統的“純硬件電路”的無線通信技術。軟件無線電技術的重要價值在於：傳統的硬件無線電通信設備只是作為無線通信的基本平台，而許多的通信功能則是由軟件來實現，打破了有史以來設備的通信功能的實現僅僅依賴於硬件發展的格局。軟件無線電技術的出現是通信領域繼固定通信到移動通信，模擬通信到數字通信之後第三次革命。

SDR 針對構建多模式、多頻和多功能無線通信設備的問題提供有效而安全的解決方案。

SDR 能夠重新編程或重新配置，從而通過動態加載新的波形和協議可使用不同的波形和協議操作。這些波形和協議包含各種不同的部分，包括調製技術、在軟件中定義為波形本身的一部分的安全和性能特性。

所謂軟件無線電，其關鍵思想是構造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平台，各種功能，如工作頻段、調製解調類型、數據格式、加密模式、通信協議等，用軟件來完成，並使寬帶A/D和D/A轉換器儘可能靠近天線，以研製出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統。可以説這種平台是可用軟件控制和再定義的平台，選用不同軟件模塊就可以實現不同的功能，而且軟件可以升級更新。其硬件也可以像計算機一樣不斷地更新模塊和升級換代。由於軟件無線電的各種功能是用軟件實現的，如果要實現新的業務或調製方式只要增加一個新的軟件模塊即可。同時，由於它能形成各種調製波形和通信協議，故還可以與舊體制的各種電台通信，大大延長了電台的使用週期，也節約了成本開支。 ^[1] 

軟件無線電的主要特點歸納如下：

（1）具有很強的靈活性。軟件無線電可以通過增加軟件模塊，很容易地增加新

的功能。它可以與其它任何電台進行通信，並可以作為其它電台的射頻中繼。可以通過無線加載來改變軟件模塊或更新軟件。為了減少開支，可以根據所需功能的強弱，取捨選用的軟件模塊。

（2）具有較強的開放性。軟件無線電由於採用了標準化、模塊化的結構，其硬件可以隨着器件和技術的發展而更新或擴展。軟件也可以隨需要而不斷升級。軟件無線電不僅能和新體制電台通信，還能與舊式體制電台相兼容。這樣，既延長了舊體制電台的使用壽命，也保證了軟件無線電本身有很長的生命週期。

隨着移動通信的發展，從20世紀90年代初開始，軟件無線電（SoftwareRadio）的概念開始廣泛流行起來。由於多種數字無線通信標準共存，如GSM、CDMA－IS95等，每一種制式對其手機都有不同的要求，不同制式間的手機無法互連互通。為了解決這個問題，軟件無線電方案提出將2MHz～2000MHz的空中信號全部收下來進行抽樣、量化，轉化成數字信號用軟件處理。換句話説，就是把空中所有可能存在的無線通信信號全部收下來進行數字化處理，從而與任何一種無線通信標準的基站進行通信。從理論上説，使用軟件無線電技術的手機與任何一種無線通信制式都兼容。

雖然在理論上軟件無線電有良好的應用前景，但在實際應用時，它需要極高速的軟、硬件處理能力。由於硬件工藝水平的限制，直到今天，純粹的軟件無線電概念也沒有在實際產品中得到廣泛的應用。但一種基於軟件無線電概念基礎上的軟件定義無線電技術卻越來越受到人們的重視。在2001年10月份舉行的ITU－8F會議上，軟件定義無線電被推薦為今後無線通信發展極有可能的方向。

軟件定義無線電是一個系統和體系，它必須有可重新編程和可重構的能力，使設備可以使用於多種標準、多個頻帶和實現多種功能，它將不僅僅使用可編程器件來實現基帶數字信號處理，還將對射頻及中頻的模擬電路進行編程和重構，人們對軟件定義無線電的功能的要求包括：重新編程及重新設定的能力、提供並改變業務的能力、支持多標準的能力以及智能化頻譜利用的能力等等。應該看到，SDR並不是一種孤立的技術，而是可為所有技術使用的公共平台。 軟件定義無線電與軟件無線電最重要的一點不同之處在於，前者不要求將全頻帶內（2MHz～2000MHz）的空中無線信號都收下來，而是通過手動配置/自動查找的方式，一個頻帶一個頻帶地找出當前空中最適合於通信的頻帶和制式。

眾所周知，由於各種各樣的原因，IMT2000或稱3G標準並未如其初衷所設想的那樣，形成一個全球統一的標準，而是形成了歐洲的WCDMA、北美的cdma2000和中國的TD－SCDMA為代表的系列標準。多種不同標準帶來的一個問題就是手機在不同制式標準之間的漫遊和兼容問題。此外，考慮到3G標準從現有2G標準平滑過渡的問題，3G的手機最好還同時支持GSM和CDMA－IS95協議。如果採用軟件定義無線電技術，使用通用的軟件平台，通過手動配置/自動查找的方式，依次工作在可能的工作頻段和制式模式下，對接收到的數字信號採用針對性的軟件處理方案處理，從中選出並跳轉到最適合的工作頻段和制式下進行通信，就可實現對各種模式的全兼容，其優勢將是不言而喻的。

當然，要實現SDR的目標，人們還需要面對巨大的挑戰，包括體系結構、寬帶可編程、可配置的射頻和中頻技術等等。而在用軟件定義無線電方案實現不同的無線通信制式時，TD－SCDMA標準由於其特性，更容易與軟件定義無線電方案相結合。因為TD－SCDMA是唯一明確將智能天線和高速數字調製技術設計在標準中，明確用軟件無線電技術來實施的標準。同時TD－SCDMA技術用SDR來實現相對也比較方便。

首先，TD－SCDMA標準中每個頻帶的帶寬較窄，信號處理量不是很大，易於使用軟件平台實現，而不必採用處理速度要求非常高的硬件平台，因此移植到基於軟件定義無線電方案非常容易，不必再考慮如何由硬件平台轉換到軟件平台。

其次，TD－SCDMA標準中上、下行信號都採用同步傳輸方式，因此在解調時可以採用實現方案相對簡單的相干解調方案，而不必使用複雜的非相干解調，也使得軟件編程處理量下降，便於實現。

開源軟件無線電（Gnuradio）或 開源軟件定義無線電是一個對學習，構建和部署軟件定義無線電系統的免費軟件工具包。

發起於2001年，Gnuradio 成為GNU的正式項目之一。慈善家John Gilmore 發起並捐助$320,000.00 (US) 給Eric Blossom 用來構建代碼和維護。

Gnuradio 是一個無線電信號處理方案，它遵循GNU 的GPL 的條款分發。它的目的是給普通的軟件編制者提供探索電磁波的機會，並激發他們聰明的利用射頻電波的能力。

正如所有軟件定義無線電系統的定義，可重構性是其最重要的功能。再也不需購買一大堆發射接收設備，只要一台可以裝載信號處理軟件（這裏：Gnuradio）通用的設備。它雖然只定義幾個有限的無線電功能，但是隻要理解無線發射系統的機理（算法），你便可以任意的配置去接受它。

Gnuradio 起源於美國的麻省理工學院的SpectrumWare 項目小組開發的Pspectra 代碼的分支。2004年被完全重寫。所以今天的Gnuradio 已不包含原Pspectra 任何代碼。另外值得一提的是Pspectra 已被用作創立商業化的Vanu Software Radio.

GNURadio支持包括（HackRF、BladeRF、USRP、rtl-sdr等）通用軟件無線電外設設備，來將計算機生成的基帶數據信號通過通用軟件無線電外設平台與真實世界中的物理信號聯繫起來。

軟件無線電這一新概念一經提出，就得到了全世界無線電領域的廣泛關注。由於軟件無線電所具有的靈活性、開放性等特點，使得軟件無線電不僅在軍民無線通信中獲得了應用，而且將在其它領域比如電子戰、雷達、信息化家電等領域得到推廣，這將極大促進軟件無線電技術及其相關產業（集成電路）的迅速發展。