软件定义无线电(SDR)原理及业余SDR的应用

1、简介

软件定义无线电 (SDR) 是一种无线电通信系统，通常以硬件(例如混频器、滤波器、放大器、调制器和解调器、检波器等)组件实施的东西现在通过个人计算机或嵌入式系统上的软件来实现。虽然软件定义无线电(SDR)不是新的概念，但其涉及的许多快速的数字电子发展能力过去只在理论上是可能的。

基本的SDR系统可能由包括配有声卡或其它模数转换器、前面有某种形式的射频前端的个人电脑组成。大量的信号被交给通用处理器处理，而不是用专用的硬件。这种设计生产了一种完全基于所使用的软件、可以接收和传输广泛不同的无线电协议（有时称为波形）的收音机。

在军事和手机服务中软件无线电具有重大的实用性，这两个都要求实时提供各式各样变化的无线电协议。

长远来看，提倡者像SDRForum（现在的无线创新论坛）预计软件定义无线电将成为无线电通信中的主导技术。软件定义无线电与软件定义天线一同是认知无线电的使成者。

软件定义无线电有足够的灵活性避免以前种类无线电设计师的"有限的频谱"假设，以一种或多种方式，包括：

扩频和超宽带技术允许几台发射机在相同的位置用相同的频率发射而干扰很小，通常结合有一个或多个错误检测和校正技术来修复所有由该干扰引起的错误。

软件定义天线自适应地"锁定到"定向信号，以便接收机可以更好地拒绝来自其它方向的干扰使其能够检测微弱的传输。

认知无线电技术：每个电台检测使用中的频谱并把这些信息传达给其它合作的电台，以便发射机通过选择未使用的频率能避免相互干扰。

动态发射机功率调整，基于来自接收机的信息，按最低所需降低发射功率，减少远近的问题，并减少对其它的干扰。

每添加电台总容量增加并减少在任何一个节点上所要求的功率的无线网状网络。每个节点只发射足够大声的信息跳到那个方向最近的节点，减少了远近问题并减少干扰到其它的。

工作原理

理想的接收机方案应是给天线附加一个模拟-数字转换器。数字信号处理器会读转换器，数字信号处理器的软件然后把来自转换器的数据流变换成应用程序需要的任何其它形式。

理想的发射机是类似的。数字信号处理器将生成数字的流。这些将会发送给连接到无线电天线的数字-模拟转换器。

由于技术的实际限制理想的计划不是完全可以实现的。在两个方向上的主要问题是在同一时刻数字和模拟域之间以足够高的速度和足够高的精度转换的难度，并不依靠像干扰和电磁共振物理过程的辅助。

接收机结构

大多数接收机使用变频振荡器、混频器和滤波器来调谐所需的信号到常用中频或基带，然后由模数转换器采样。然而，在某些应用中没有必要把信号调谐到中频，射频率信号直接由模数转换器采样（后放大的）。

实用的模数转换器缺少检出亚毫伏、纳瓦功率的无线电信号动态范围。因此在转换步骤前必须低噪声放大器，此设备引入了自己的问题。例如，如果杂乱信号出现（这是典型的），这些与放大器动态范围之内的所需信号竞争。它们可能会引入所需信号的失真，或者可能完全封锁它们。标准的解决方案是在天线和放大器之间使用带通滤波器，但这些减少无线电的灵活性。真正的软件无线电往往有两个或三个不同的带宽转入和转出的模拟通道滤波器。

军用

联合战术无线电系统（JTRS）原先是美国军方计划的下一代战场行动中使用的语音和数据电台。

略

2011年10月美国国防部副部长取消联合战术无线电系统项目，指出：

我们的评估是JTRS GMR 发展计划的产品不大可能以合理的成本满足服务需求的，毕竟可能不符合某些要求。因此终止是必要的。

项目的资金被允许在2012年3月到期。

业余和家用

典型的业余软件无线电使用直接转换接收机。与更遥远的过去直接转换接收机不同的是，使用的混频器技术基于正交采样检波器和正交采样激励器。

这种系列的软件无线电接收机性能与利用的模拟-数字转换器（Adc）的动态范围直接有关。射频信号向下转换到音频频段，由高性能音频ADC采样。第一代软件无线电接收机使用PC的声卡提供ADC功能。较新的软件定义无线电使用嵌入式高性能模数转换器，提供更高的动态范围和更抗噪声和射频干扰。

PC使用特定于无线电硬件的软件快速执行数字信号处理(DSP) 操作。几个软件无线电努力使用开放源SDR 库DttSP。

SDR软件执行所有的解调、滤波（无线电频率和音频频率）、信号增强（均衡和双耳提交）。用途包括每个常见的业余调制：摩尔斯电码、单边带调制、频率调制、调幅和各式各样的数字模式，如无线电电传、慢扫描电视和数据包无线电。业余爱好者也实验新调制方法：例如梦（DREAM）开源