Программно определяемая радиосистема ( англ. Software-defined radio , SDR , рус. ПОР ) — радиопередатчик и/или радиоприёмник , использующий технологию, позволяющую с помощью программного обеспечения устанавливать или изменять рабочие радиочастотные параметры, включая, в частности, диапазон частот , тип модуляции или выходную мощность , за исключением изменения рабочих параметров, используемых в ходе обычной предварительно определённой работы с предварительными установками радиоустройства , согласно той или иной спецификации или системы.

ПОР выполняет значительную часть цифровой обработки сигналов на обычном персональном компьютере или на ПЛИС . Целью такой схемы является радиоприёмник или радиопередатчик произвольных радиосистем, изменяемый путём программной переконфигурации (отсюда происходит альтернативное наименование таких систем — программно конфигурируемые).

Подобные радиосистемы широко применяются для военных приложений и беспроводных услуг связи, так как позволяют обслуживать большое количество .

Оборудование для ПОР обычно состоит из супергетеродинного приёмника, 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 радиосвязи. ПОР является необходимым условием для реализации когнитивного радио ^{[ источник не указан 2990 дней ]} .

Принцип работы

Идеальный случай

В идеальной приёмной схеме АЦП подключался бы непосредственно к антенне , без аналоговых избирательных устройств обычного радиоприёмника . Цифровой сигнальный процессор будет считывать сигнал с преобразователя и программно представлять его в требуемом виде.

Подобным был бы и идеальный передатчик. Цифровой сигнальный процессор генерирует поток чисел. Они поступают на вход ЦАП , выход которого подключается непосредственно к антенне.

Идеальная схема не реализуема из-за технических ограничений. Основная проблема — трудность преобразования сигнала из аналоговой формы в цифровую и обратного преобразования, одновременно и с высокой скоростью, и с высокой точностью, без появления помех и без помощи электромагнитного резонанса.

Применяемые схемы

Основным ограничивающим фактором в развитии ПОР являются показатели применяемых ЦАП и АЦП. Быстродействие цифровой части не накладывает принципиальных ограничений. Однако, на практике, особенно в случае переносных и носимых применений, более высокая потребляемая мощность может являться весомым доводом против использования ПОР. Современные образцы ЦАП и АЦП позволяют создавать 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 переконфигурации. Решения на ПЛИС и специализированных микросхемах намного (в десятки и сотни, а иногда и тысячи раз) более экономичны. Применение ПЛИС также позволяет оперативно переконфигурировать 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 ( ), так и за её пределами ( ).

История

Одна из первых систем ПОР разрабатывалась американскими военными под названием . 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.

Еще одной ранней программно определяемой радиосистемой был радиолокатор подсветки цели и наведения комплекса ПВО С-300 (начало 1970-х годов). Здесь программным образом конфигурировалась фазированная антенная решетка и осуществлялась цифровая фильтрация и демодуляция полезного сигнала.

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

В 2013 году появилась возможность использовать для создания ПОР дешёвые (<20$) DVB-T USB приёмники, использующие контроллеры Realtek RTL2832U и тюнеры Elonics E4000 или Rafael Micro R820T . Они использовались для создания широкополосных приёмников разных типов сигналов ( FM , ADS-B , D-STAR , АИС ), радиотелескопа . Могут использоваться совместно с GNU Radio . К 2016 году стоимость таких приёмников снизилась до 7 долларов.

ПОР и технологии RFID

ПОР могут найти применение в системах радиочастотного опознавания ( RFID ), которые работают на разных частотах и используют разные протоколы.

См. также

• Цифровое радио
• GNU Radio
• ESSOR

Примечания

Ссылки

• — некоторые радиолюбительские SDR проекты и ресурсы
• — другие SDR-проекты и ресурсы
• Онлайн SDR-приёмники

Статьи с технических конференций SDR Forum 2004, 2005

Литература

• Галкин В.А. Основы программно-конфигурируемого радио. — М. : Горячая линия - Телеком, 2013. — 372 с. — ISBN 978-5-9912-0305-0 .
• 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