一、什么是SDR？

SDR(Software Defined Radio-軟件定義無線電)是一種無線通信系統(tǒng)，它采用可重新配置，基于軟件組件來處理和轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)。與傳統(tǒng)無線電通信系統(tǒng)不同，這種無線電設(shè)備具有高度的靈活性和通用性是一種新興技術(shù)用于連接我們?nèi)找嬖鲩L的無線世界。如下圖所示，典型的SDR系統(tǒng)由模擬前端和數(shù)字后端組成；模擬前端處理無線電通信系統(tǒng)的發(fā)送(Tx)和接收(Rx)功能；最高帶寬的SDR平臺(tái)設(shè)計(jì)用于在廣泛的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行，通常接近DC-18 GHz。

                 圖1.軟件定義無線電系統(tǒng)簡化框圖

SDR系統(tǒng)的前端處理模擬域中的信號(hào)，而后端處理數(shù)字域中的信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)用于將信號(hào)從一個(gè)域轉(zhuǎn)換到另一個(gè)域。數(shù)字后端采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)，并利用可重新配置的邏輯門實(shí)現(xiàn)不同的功能。該FPGA具有各種板載數(shù)字處理能力，包括：調(diào)制、解調(diào)、上變頻和下變頻。這種數(shù)字后端的可重構(gòu)性使新算法和協(xié)議可以輕松實(shí)現(xiàn)，而無需修改現(xiàn)有硬件。

二、SDR架構(gòu)

典型SDR平臺(tái)的架構(gòu)由以下板組成:電源、數(shù)字、時(shí)間、接收(Rx)和發(fā)送(Tx)模塊。這些模板使用高速電纜連接，以確保數(shù)據(jù)從一塊板快速傳輸?shù)搅硪粔K板。電源板的作用是為SDR系統(tǒng)的子板供電。

三、SDR應(yīng)用

SDR的靈活性使其成為廣泛市場(chǎng)的合適選擇。其中包括各種關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用，如雷達(dá)、測(cè)試和測(cè)量、磁共振成像 (MRI)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS)、低延遲鏈路以及頻譜和監(jiān)測(cè)。

四、SDR平臺(tái)及特點(diǎn)

典型SDR平臺(tái)的時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)以時(shí)鐘板為中心，該模塊為SDR系統(tǒng)的模塊提供干凈穩(wěn)定的時(shí)鐘。Per Vices公司的Crimson TNG SDR平臺(tái)中計(jì)時(shí)板使用恒溫晶體振蕩器(OCXO)作為其內(nèi)部參考時(shí)鐘的源。該參考源可提供準(zhǔn)確且穩(wěn)定的(5 ppb)10MHz信號(hào)。高性能SDR平臺(tái)還設(shè)計(jì)為支持外部參考時(shí)鐘。

SDR平臺(tái)的接收(Rx)板由多個(gè)獨(dú)立的接收通道組成。每個(gè)接收通道都能夠執(zhí)行接收功能并處理模擬域中的信號(hào)。來自Rx板的模擬信號(hào)被引導(dǎo)至由放大器、下變頻器、各種濾波器和ADC組成的獨(dú)立鏈，用于轉(zhuǎn)換為數(shù)字域。就像接收(Rx)板一樣，發(fā)送(Tx)板也具有多個(gè)獨(dú)立的發(fā)送通道。每個(gè)Tx通道都能夠執(zhí)行發(fā)送功能并以模擬格式從DAC、上變頻器、濾波器和放大級(jí)發(fā)送信號(hào)。SDR系統(tǒng)的發(fā)送和接收鏈如圖2所示。

       圖2.SDR接收(Rx)和發(fā)送(Tx)鏈中各種組件

五、SDR優(yōu)勢(shì)及市場(chǎng)前景

SDR系統(tǒng)適用于廣泛的市場(chǎng)，包括雷達(dá)、測(cè)試和測(cè)量、醫(yī)療、高頻交易、頻譜監(jiān)控和低延遲市場(chǎng)。如圖3所示，使用集成的SDR平臺(tái)可使傳統(tǒng)的無線電通信系統(tǒng)有很多好處。另外SDR平臺(tái)的模塊化架構(gòu)允許修改板的尺寸和配置以滿足機(jī)箱的外形要求，其中包括修改Rx和Tx通道以及DSP鏈的數(shù)量。

SDR系統(tǒng)的高度靈活性來自其板載FPGA。這種可重新配置的電路使SDR具有高度的互操作性，并且易于與包括遺留系統(tǒng)在內(nèi)的各種系統(tǒng)集成。此外，SDR 平臺(tái)的這種靈活性和可重新配置性使其適用于涉及多種射頻功能的應(yīng)用。通過簡單地重新編程其FPGA，SDR平臺(tái)可用于完全不同的功能。SDR平臺(tái)旨在與開箱即用的開源數(shù)字信號(hào)處理軟件開發(fā)工具包(例如GNU Radio)一起使用。此功能允許用戶輕松快速地進(jìn)行測(cè)試和模擬。

在調(diào)諧和帶寬方面，SDR系統(tǒng)提供的多個(gè)獨(dú)立發(fā)射和接收無線電鏈可以調(diào)諧到平臺(tái)支持范圍內(nèi)的任何頻率。高性能SDR平臺(tái)可在較寬的帶寬上進(jìn)行捕獲，并設(shè)計(jì)為在較寬的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行。

                  圖 3：SDR主要應(yīng)用場(chǎng)景圖