软件界说无线电（SDR）的降生能够追溯到 1970 年月，最后仅限在军事利用。但是，受益在FPGA 和 DSP 旌旗灯号处置手艺的前进、基在 IC 的无线电收发器的成长和小型蜂窝无线收集的普和，致使 SDR市场在 2000 年月早期快速扩年夜。本文将注释 SDR 背后的根基概念，切磋与保守 RF 架构和一些风行利用比拟，SDR所可以或许供给的矫捷性。斟酌到无线毗连的利用已成为我们社会的一个主要方面，我们还将会商能够从 SDR 受益的潜伏新利用。 

无线手艺无处不在！

自从马可尼（Marconi）第一次利用火花发射器跨年夜西洋发送莫尔斯电码（morse code）消息以来，无线毗连已获得了长足的前进。一百二十二年后的今天，无线通讯在我们的社会中已无处不在，它可以或许供给一种根基毗连手艺，能够毗连我们的智能装备，撑持我们的蜂窝收集，并未来自其他星球的图象传送到我们的电视机上。没有没有线，我们的社会就没法前进。 射频 (RF) 项目历来是一项专业技术，而且保守上属在摹拟范围。从初期最先，无线电通讯首要用在语音通讯和发送和领受动静，凡是利用莫尔斯电码。不管是语音仍是莫尔斯电码，传输消息都需要调制发射器的频次。广播公司最先利用调幅 (AM) 进行当地“中波”和长途“短波”传输，频次调制 (FM) 也在当地和国度广播收集的甚高频 (VHF) 传输中变得风行起来。所有没有线电领受器和发射器设想都是完全摹拟的。数字数据传输利用无线电调制器息争调器（调制解调器）装备将二进制格局转换为无线电摹拟域。频移键控 (FSK) 是最后用在此类利用的调制手艺。 正如我们将鄙人一节中会商的那样，SDR 从底子上改变了我们建立无线电系统的体例。但在深切研究 SDR 的工作体例之前，让我们起首斟酌一些 SDR用例。 业余无线电快乐喜爱者是 SDR 的初期采取者。基在 SDR 的收发器（组合的发射器和领受器）可以或许供给一种便利、简便且高度便携的体例，可在灾害环境下供给告急通讯。比来的利用案例包罗亚速尔群岛火山迸发后救济工作的协助调和。 SDR 普遍用在科学天文学研究，它可以或许节制领受器的中间频次、调剂带宽和在光谱“瀑布”显示器上显示来自遥远恒星的无线电迸发成果。 跟着蜂窝收集的成长，小型蜂窝开放式无线电接入收集（ORAN）的概念特殊合适利用 SDR。电信运营商和收集供给商愈来愈多地将 SDR 用在下一代 5G 和 6G 蜂窝收集研究和基站。 

甚么是软件界说无线电？

虽然业界对 SDR 领受器或发射器的组成有多种界说，但所有这些都强调，很年夜一部门保守摹拟电路功能已被基在软件的数字旌旗灯号处置手艺所代替。 SDR 领受器的一个主要元件仍将利用摹拟电路。无线电前端检测从天线领受到的超低电压射频旌旗灯号。但是，从那时起，首要触及解调的旌旗灯号处置交由软件履行。该软件可能在公用的嵌入式可编程处置器、笔记本电脑或台式计较机上运转。 

图 1：简单的 AM 超外差无线电道理功能框图。（来历：贸泽电子）

 图 1 凸起显示了保守 AM 超外差 (superhet) 无线电领受器的首要功能模块图。来自天线的微弱旌旗灯号经由过程带通滤波器，经由过程将检测旌旗灯号的带宽限制为感爱好的旌旗灯号，然后将它们放年夜并传送到混频器。混频器再将领受到的旌旗灯号与可变频次振荡器的输出相连系，以发生固定的中频 (IF)。领受器的调谐是经由过程改变当地振荡器 (LO) 频次来实现。中频放年夜器可以或许显著提高旌旗灯号电平，滤波器去除混频器中不需要的旌旗灯号。以后，进行音频旌旗灯号的解和谐放年夜。 对照 SDR 领受器与图 2 的分歧的地方。 

图 2：示例 SDR 领受器的根基架构模块。（来历：贸泽电子）

 SDR 领受器的摹拟部门仅限在射频前端。滤波后的旌旗灯号被传输到模数转换器 (ADC)，以便在数字域中进行后续处置。SDR领受器简直切架构各不不异。例如，当下愈来愈风行的 SDR 设想方式不再需要中频，这类零中频 (ZIF) 方式，也称为间接转换，是将射频前真个输出间接馈送到 ADC，并间接进入在软件中履行的基带数字处置功能，包罗解和谐滤波。 上面我们仅仅简单会商了SDR 的根本常识和它与保守 RF 手艺的区分。但愿领会更多相关 SDR 的读者能够参考其它具体的材料和资本。这里保举一本面向项目师的软件界说无线电的超卓册本可供下载，可从 Analog Devices 网站取得。 为了简练起见，我们在本节中只会商了领受器架构，但所描写的方式也一样合用在发射器。 

最先SDR 设想

矫捷的 SDR 平台具有多种外形和尺寸。简单的USB加密狗要 25 美元，而分析、完全的 SDR 收发器则需要6,000 美元以上。一些风行的 SDR 评估套件和开辟模块的价钱在 100 美元到 200 美元之间。很多风行的 SDR 平台利用与 FPGA 连系的商用 RF 收发器 IC。除选择 SDR 硬件平台外，您还需要决议若何对其进行编程。 GNU Radio是一个免费的开源 DSP 编程东西链，专为建立和设想 SDR 利用而设想。GNU Radio最后的设想纯洁是为了教育目标，它后来被普遍用在无线研究和开辟、业余无线电和射电天文学。GNU Radio可供给一组分歧的功能块，例如滤波器、图形显示、解调器、旌旗灯号产生器、数学运算符、通道模子和傅里叶阐发函数等。各项功能被摆设在工作场合，并利用可视化流程图气概编程进行毗连，拜见图 3。 

图 3：简单的 FM 领受器示例 GNU Radio 流程图。（来历：GNU Radio）

 其它受 SDR 项目师接待的东西链是利用 Matlab 和 Simulink 和其 DSP 和 SDR 扩大。另外一个基在 GNU Radio 但连系了 SoapySDR 框架的 SDR 开辟生态系统是 Pothosware。 假如您打算在不建立具体设想的环境下测验考试 SDR，能够顿时最先利用SDR Console等浩繁免费的开源 SDR 利用。 Lime Microsystems 是基在 FPGA 的现场可编程射频 (FPRF) 收发器供给商，可以或许供给多个基在LMS7002 系列收发器 IC 的 SDR 平台。 LMS7002 是一款具有双收发器的高集成度 IC，可在 100 kHz 至 3.8 GHz 的频次规模内进行全双工操作。 该 IC 合用在从 SDR 原型设想、小型蜂窝基站、卫星通讯收集到设想可从头设置装备摆设的无线物联网收集等很多利用。图 4 展现了 LMS7002 的分析架构和焦点功能特征。 

图 4：Lime Microsystems LM7002 双射频收发器 IC 的功能模块架构。（来历：Lime Microsystems）

 Lime Microsystems 采取了一种立异方式开辟基在 LMS7002 系列的 SDR 平台，选择经由过程 Crowd Supply 为开辟供给众筹资本。LimeSDR 迷你板集成了 LMS7002 和 Intel Altera MAX10 FPGA，可以或许在 USB加密狗PCB 上供给完全的 SDR 处理方案，拜见图 5。 

图 5：Lime Microsystems LimeSDR 迷你板。（来历：Lime Microsystems）

 MyriadRF是一个在线社区，旨在鼓动勉励将 LMS7002 系列用在开源硬件和软件 SDR 项目。它可供给对开辟东西、资本和项目示例生态系统的拜候。对熟习 Grove Studio 平台和 Raspberry Pi 的立异者和开辟人员，LimeSDR 迷你板已集成在CS-LIME-10 Grove入门套件。 Analog Devices 的ADALM PLUTO是一个自力的 RF 进修模块，它集成有 Analog Devices AD9363 RF 收发器 IC 和 Xilinx Zynq 7000 FPGA，经由过程USB 毗连到主机，可在半双工或全双工模式下工作在 325 MHz 至 3,800 MHz 之间。PlutoSDR 的 SDR 开辟撑持包罗 GNUradio、MatLab/Simulink 和 Pothosware等。 

SDR的将来成长

在这篇简短的文章中，我们引见了软件界说无线电的主题。对嵌入式开辟人员、摹拟设想人员和射频项目师来讲，这是一个使人兴奋的范畴，能够进修新开辟技术，并斟酌开辟无线系统的新方式。 我们提到了一些可能的利用案例，但 SDR 使人兴奋的部门是它可以或许当即从头设置装备摆设。因此能够斟酌若何将 RF 矫捷性和灵敏性添加到设想中，您能够建立一个可以或许与 LoRa、蜂窝和 Wi-Fi 一路工作的矫捷收发器，而不是受限在利用sub-GHz LPWAN LoRa等单一的RF 数据通讯方式。SDR的矫捷性有助在添加更多功能并减轻材料本钱和相干组件采购挑战。想象一下，能够开辟一个可以或许顺应任何新无线和谈的家庭主动化路由器，经由过程无线 (OTA) 进级，能够从头设置装备摆设基在 SDR 的路由器，以充实操纵从 5G 迁徙到 6G等新的蜂窝根本举措措施。将来可能的利用案例可能需要更改路由器的天线和摹拟前端。在设想的初始期间，诸如将来可能的工作频次和滤波要求等身分可能会影响前端设想，是以需要集成需要的功能。只要利用 �����APPSDR 才能实现这类高矫捷性的无线通讯设想，并同时包管面向将来和持久的客户平安性。