Ein softwaredefiniertes Radiosystem oder SDR, ist ein Radionachrichtensystem, wo Bestandteile, die normalerweise in der Hardware durchgeführt worden sind (z.B Mixer, Filter, Verstärker, Modulatoren/Demodulatoren, Entdecker, usw.) stattdessen mittels der Software auf einem Personalcomputer durchgeführt werden oder Rechengeräte eingebettet haben. Während das Konzept von SDR nicht neu ist, machen die sich schnell entwickelnden Fähigkeiten zur Digitalelektronik praktisch viele Prozesse, die gepflegt haben, nur theoretisch möglich zu sein.

Ein grundlegendes SDR System kann aus einem Personalcomputer bestehen, der mit einer gesunden Karte oder anderem Konverter des Analogons-zu-digital ausgestattet ist, der durch eine Form des RF Vorderendes vorangegangen ist. Bedeutende Beträge der Signalverarbeitung werden dem Mehrzweckverarbeiter übergeben, anstatt in der Hardware des speziellen Zwecks getan zu werden. Solch ein Design erzeugt ein Radio, das erhalten und weit verschiedene Radioprotokolle (manchmal gekennzeichnet als Wellenformen) gestützt allein auf der verwendeten Software übersenden kann.

Softwareradios haben bedeutendes Dienstprogramm für das Militär und die Mobiltelefon-Dienstleistungen, von denen beide einem großen Angebot daran dienen müssen, Radioprotokolle in Realtime zu ändern.

Auf lange Sicht, wie man erwartet, werden softwaredefinierte Radios von Befürwortern wie der SDRForum (jetzt Das Radioneuerungsforum) die dominierende Technologie in Radiokommunikationen. SDRs, zusammen mit definierten Antennen der Software sind der enablers des kognitiven Radios.

Ein softwaredefiniertes Radio kann flexibel genug sein, um das "beschränkte Spektrum" Annahmen von Entwerfern von vorherigen Arten von Radios auf eine oder mehr Weisen zu vermeiden, einschließlich:

• Ausbreitungsspektrum und Ultrabreitbandtechniken erlauben mehreren Sendern, in demselben Platz auf derselben Frequenz mit sehr wenig Einmischung zu übersenden, die normalerweise mit einer oder mehr Fehlerentdeckungs- und Korrektur-Techniken verbunden ist, um alle durch diese Einmischung verursachten Fehler zu befestigen.
• Software hat Antennen anpassungsfähig "Schloss auf" ein Richtungssignal definiert, so dass Empfänger Einmischung von anderen Richtungen besser zurückweisen können, ihm erlaubend, schwächere Übertragungen zu entdecken.
• kognitive Radiotechniken: Jedes Radio misst das Spektrum im Gebrauch und teilt diese Information anderen zusammenarbeitenden Radios mit, und dann vermeiden Sender Frequenzen zurzeit im Gebrauch durch lizenzierte Sender oder, sind und Verschiebungsübertragungen zu "leeren" Frequenzen sonst unbrauchbar.
• dynamische Sender-Macht-Anpassung, die auf der von den Empfängern mitgeteilten Information gestützt ist, übersendet das Senken Macht zum notwendigen Minimum, das nahe weit Problem reduzierend und Einmischung auf andere reduzierend.
• Radioineinandergreifen-Netz, wo jedes zusätzliche Radio Gesamtkapazität vergrößert und die an irgendwelchem Knoten erforderliche Macht reduziert. Jeder Knoten übersendet nur laut genug für die Nachricht, um zum nächsten Knoten in dieser Richtung zu hüpfen, in der Nähe von weit dem Problem abnehmend und Einmischung auf andere reduzierend.

Betriebsgrundsätze

Ideales Konzept

Das ideale Empfänger-Schema würde sein, einen Konverter des Analogons-zu-digital einer Antenne beizufügen. Ein Digitalsignalverarbeiter würde den Konverter lesen, und dann würde seine Software den Strom von Daten vom Konverter bis jede andere Form umgestalten, die die Anwendung verlangt.

Ein idealer Sender würde ähnlich sein. Ein Digitalsignalverarbeiter würde einen Strom von Zahlen erzeugen. Diese würden an einen zum Analogon digitalen mit einer Radioantenne verbundenen Konverter gesandt.

Das ideale Schema ist wegen der wirklichen Grenzen der Technologie nicht völlig realisierbar. Das Hauptproblem in beiden Richtungen ist die Schwierigkeit der Konvertierung zwischen dem digitalen und den analogen Gebieten an einer genug hohen Rate und einer genug hohen Genauigkeit zur gleichen Zeit, und ohne sich auf physische Prozesse wie Einmischung und elektromagnetische Klangfülle für die Hilfe zu verlassen.

Empfänger-Architektur

Die meisten Empfänger verwenden einen Oszillator der variablen Frequenz, Mixer und Filter, um das gewünschte Signal zu einer allgemeinen Zwischenfrequenz oder Basisband abzustimmen, wo es dann durch den Konverter des Analogons-zu-digital probiert wird. Jedoch in einigen Anwendungen ist es nicht notwendig, das Signal zu einer Zwischenfrequenz abzustimmen, und das Radiofrequenzsignal wird durch den Konverter des Analogons-zu-digital (nach der Erweiterung) direkt probiert.

Echte Konverter des Analogons-zu-digital haben an der dynamischen Reihe Mangel, um Submikrovolt, Nanowatt-Macht-Radiosignale aufzunehmen. Deshalb muss ein rauscharmer Verstärker dem Umwandlungsschritt vorangehen, und dieses Gerät führt seine eigenen Probleme ein. Zum Beispiel, wenn unechte Signale da sind (der typisch ist), bewerben sich diese mit den gewünschten Signalen innerhalb der dynamischen Reihe des Verstärkers. Sie können Verzerrung in den gewünschten Signalen einführen, oder können sie völlig blockieren. Die Standardlösung ist, Bandfilter zwischen der Antenne und dem Verstärker zu stellen, aber diese reduzieren die Flexibilität des Radios - den einige als der ganze Punkt eines Softwareradios sehen. Echte Softwareradios haben häufig zwei oder drei analoge Kanalfilter mit der verschiedenen Bandbreite, die in und geschaltet wird.

Geschichte

Der Begriff 'Software-Radio' wurde 1984 von einer Mannschaft an der Girlande Abteilung von Texas von E-Systems Inc. (jetzt Raytheon) ins Leben gerufen. Ein klassifizierter, noch ziemlich weithin bekannt, 'Beweis des Konzepts' Softwareradiolaboratorium an E-Systemen entwickelt wurde, die Softwareradio innerhalb von verschiedenen Regierungsstellen verbreitet haben. Dieses 1984-Softwareradio war ein Digitalbasisband-Empfänger, der programmierbare Einmischungsannullierung und demodulation für Breitbandsignale normalerweise mit Tausenden von anpassungsfähigen Filterklapsen mit vielfachen Reihe-Verarbeitern zur Verfügung gestellt hat, die auf geteiltes Gedächtnis zugreifen.

Vielleicht wurde der erste softwaredefinierte Radiosender-Empfänger entworfen und von Peter Hoeher und Helmuth Lang bei der deutschen Raumfahrtforschungserrichtung (DLR, früher DFVLR) in Oberpfaffenhofen, Deutschland 1988 durchgeführt. Sowohl Sender als auch Empfänger eines anpassungsfähigen Digitalsatellitenmodems wurden gemäß den Grundsätzen des softwaredefinierten Radios durchgeführt, und eine flexible Hardware-Peripherie wurde vorgeschlagen.

Der Begriff "Software Definiertes Radio" wurde 1991 von Joseph Mitola ins Leben gerufen, der das erste Papier auf dem Thema 1992 veröffentlicht hat. Obwohl das Konzept zuerst 1991 vorgeschlagen wurde, haben softwaredefinierte Radios ihre Ursprünge im Verteidigungssektor seit dem Ende der 1970er Jahre sowohl in den Vereinigten Staaten als auch in Europa (zum Beispiel, Walter Tuttlebee hat ein VLF Radio beschrieben, das einen ADC und einen 8085 Mikroprozessor verwendet hat). Eine der ersten öffentlichen Softwareradioinitiativen war ein amerikanisches militärisches Projekt genannt SpeakEasy. Die primäre Absicht des Projektes von SpeakEasy war, programmierbare Verarbeitung zu verwenden, um mit mehr als 10 vorhandenen militärischen Radios wettzueifern, in Frequenzbändern zwischen 2 und 2000-MHZ funktionierend. Weiter war eine andere Designabsicht im Stande zu sein, neue Codier- und Modulationsstandards in der Zukunft leicht zu vereinigen, so dass militärische Kommunikationen mit Fortschritten in Codier- und Modulationstechniken Schritt halten können.

SPEAKeasy Phase I

Von 1992 bis 1995 war die Absicht, ein Radio für die amerikanische Armee zu erzeugen, die von 2 MHz bis 2 GHz funktionieren, und mit Boden-Kraft-Radios (frequenzflinke VHF, FM und SINCGARS), Luftwaffenradios (VHF AM), Marineradios (VHF AM und HF SSB Fernschreiber) und Satelliten (Mikrowellen-QAM) funktionieren konnte. Einige besondere Absichten waren, ein neues Signalformat in zwei Wochen von einem Stehanfang zur Verfügung zu stellen, und ein Radio zu demonstrieren, in das vielfache Auftragnehmer Teile und Software zustopfen konnten.

Das Projekt wurde an TF-XXI Fortgeschrittene Warfighting-Übung demonstriert, und hat alle diese Absichten entsprochen. Es gab eine Unzufriedenheit mit bestimmten unangegebenen Eigenschaften. Sein kryptografischer Verarbeiter konnte Zusammenhang schnell genug nicht ändern, um mehrere Radiogespräche im Rundfunk sofort zu behalten. Seine Softwarearchitektur, obwohl praktisch, genug, hat keine Ähnlichkeit mit irgendwelchem anderer gehabt.

Die grundlegende Einordnung des Radioempfängers hat eine Antenne verwendet, die einen Verstärker und Unten-Konverter füttert (sieh Frequenzmixer) Fütterung einer automatischen Gewinn-Kontrolle, die ein Analogon zum Digitalkonverter gefüttert hat, der auf einem Computer VMEbus mit vielen Digitalsignalverarbeitern (Instrumente von Texas C40s) war. Der Sender hatte digital zu analogen Konvertern auf dem PCI Bus, der Konverter (Mixer) frisst, der zu einem Macht-Verstärker und Antenne geführt hat. Die sehr breite Frequenzreihe wurde in einige Subbänder mit verschiedenen analogen Radiotechnologien geteilt, die dasselbe Analogon zu Digitalkonvertern füttern. Das ist ein Standarddesignschema für breite Band-Softwareradios seitdem geworden.

SPEAKeasy Phase II

Die Absicht war, eine schneller wiederkonfigurierbare Architektur zu bekommen (d. h. mehrere Gespräche sofort), in einer offenen Softwarearchitektur, mit der Quer-Kanalkonnektivität (kann das Radio verschiedene Radioprotokolle "überbrücken"). Die sekundären Absichten waren, es kleiner, preiswerter zu machen, und weniger zu wiegen.

Das Projekt hat ein Demonstrationsradio nur fünfzehn Monate in ein dreijähriges Forschungsprojekt erzeugt. Die Demonstration war so erfolgreich, dass weitere Entwicklung gehalten wurde, und das Radio in Produktion mit nur einem 400. anordnen eingetreten ist.

Die Softwarearchitektur hat Normanschlüsse für verschiedene Module des Radios identifiziert: "Radiofrequenz kontrolliert", um die analogen Teile des Radios zu führen, "Modemkontrolle" hat Mittel für die Modulation und demodulation Schemas geführt (FM, AM, SSB, QAM, usw.), "hat Wellenform, die" Module wirklich bearbeitet, die Modemfunktionen durchgeführt, "haben Schlüsselverarbeitung" und "kryptografische Verarbeitung" die kryptografischen Funktionen geführt, hat ein "Multimedia"-Modul wirklich Verarbeitung geäußert, eine "menschliche Schnittstelle" hat lokale oder Fernbedienungen zur Verfügung gestellt, es gab ein "Routenplanungs"-Modul für Netzdienste und ein "Kontroll"-Modul, um all das gerade zu behalten.

sagt, kommunizieren die Module ohne ein Hauptbetriebssystem. Statt dessen senden sie Nachrichten über den PCI Computerbus zu einander mit einem layered Protokoll.

Als ein militärisches Projekt hat das Radio stark "rot" (ungesicherte heimliche Daten) und "schwarz" (kryptografisch gesicherte Daten) unterschieden.

Das Projekt war das erste, das bekannt ist, FPGAs (programmierbare Feldtor-Reihe) für die Digitalverarbeitung von Radiodaten zu verwenden. Die Zeit, um diese wiederzuprogrammieren, war eine Problem-Begrenzungsanwendung des Radios. Heute ist die Zeit, um ein Programm für einen FPGA zu schreiben, noch bedeutend, aber die Zeit, um ein versorgtes FPGA Programm herunterzuladen, ist ungefähr 20 Millisekunden. Das bedeutet, dass ein SDR Übertragungsprotokolle und Frequenzen in einer fünfzigster von einer Sekunde, wahrscheinlich nicht eine untragbare Unterbrechung für diese Aufgabe ändern konnte.

Aktueller Gebrauch

Verbinden Sie taktisches Radiosystem

Joint Tactical Radio System (JTRS) ist ein Programm des US-Militärs, um Radios zu erzeugen, die flexible und zwischendurchführbare Kommunikationen zur Verfügung stellen. Beispiele von Radioterminals, die Unterstützung verlangen, schließen tragbare, und abgeworfene Fahrzeugbordradios, sowie Grundstationen (befestigt und seefahrend) ein.

Dieses Ziel wird durch den Gebrauch von SDR auf international gutgeheißener offener Software Communications Architecture (SCA) gestützten Systemen erreicht. Dieser Standard verwendet CORBA auf POSIX Betriebssysteme, um verschiedene Softwaremodule zu koordinieren.

Das Programm stellt eine flexible neue Annäherung zur Verfügung, um verschiedenen warfighter Kommunikationsbedarf durch die Software programmierbare Radiotechnologie zu decken. Die ganze Funktionalität und Ausbaufähigkeit werden auf den SCA gebaut.

Der SCA, trotz seines militärischen Ursprungs, ist unter der Einschätzung durch kommerzielle Radioverkäufer für die Anwendbarkeit in ihren Gebieten. Die Adoption des allgemeinen Zwecks SDR Fachwerk außerhalb des Militärs, Intelligenz, experimentellen und Amateurgebrauches wird jedoch durch die Tatsache von Natur aus verzögert, dass sich Zivilbenutzer leichter mit einer festen Architektur niederlassen können, die für eine Sonderaufgabe, und als solches mehr wirtschaftliches in Massenmarktanwendungen optimiert ist. Und doch, innewohnende Flexibilität des definierten Radios der Software kann wesentliche Vorteile im längeren Lauf, einmal die allgemeinen Unkosten des Einführens nachgeben davon ist genug hinuntergegangen, um die Kosten der wiederholten Umgestaltung gebauter Systeme des Zwecks einzuholen. Das erklärt dann das zunehmende kommerzielle Interesse an der Technologie.

SCA-basierte Infrastruktur-Software und schnelle Entwicklungswerkzeuge für die SDR Ausbildung und Forschung werden durch Open Source SCA Durchführung - Eingebettet (OSSIE) Projekt zur Verfügung gestellt.

Dilettant oder Hausgebrauch

Ein typisches Amateursoftwareradio verwendet einen direkten Umwandlungsempfänger. Verschieden von direkten Umwandlungsempfängern der entfernteren Vergangenheit basieren die verwendeten Mixer-Technologien auf dem Quadratur-Stichprobenerhebungsentdecker und dem Quadratur-Stichprobenerhebungserreger.

Die Empfänger-Leistung dieser Linie von SDRs ist direkt mit der dynamischen Reihe der Konverter des Analogons-zu-digital verwerteter (ADCs) verbunden. Radiofrequenzsignale werden unten zum Audiofrequenzband umgewandelt, das durch eine hohe Leistung Audiofrequenz ADC probiert wird. Die erste Generation SDRs hat eine PC-Ton-Karte verwendet, um ADC Funktionalität zur Verfügung zu stellen. Die neuere Software hat eingebettete hohe Leistung des Gebrauches von Radios ADCs definiert, die höhere dynamische Reihe zur Verfügung stellen und gegen das Geräusch und die RF Einmischung widerstandsfähiger sind.

Ein schneller PC führt die Operationen der Digitalsignalverarbeitung (DSP) mit der für die Radiohardware spezifischen Software durch. Mehrere Softwareradioanstrengungen verwenden die offene Quelle SDR Bibliothek DttSP.

Die SDR Software führt alle demodulation durch, (sowohl Radiofrequenz als auch Audiofrequenz), Signalerhöhung (Gleichung und binaural Präsentation) durchscheinend. Gebrauch schließt jede allgemeine Amateurmodulation ein: Morsezeichen-Code, einzelne Seitenfrequenzband-Modulation, Frequenzmodulation, Umfang-Modulation und eine Vielfalt von Digitalweisen wie radioteletype, Fernsehen des langsamen Ansehens und Paket-Radio. Dilettanten experimentieren auch mit neuen Modulationsmethoden: Zum Beispiel decodiert das TRAUM-Projekt der offenen Quelle die COFDM durch Digitalen Radiomondiale verwendete Technik.

Mehr kürzlich verwendet das GNU-Radio, das in erster Linie Universal Software Radio Peripheral (USRP) verwendet, eine Schnittstelle des USB 2.0, einen FPGA und einen Hochleistungssatz des Analogons-zu-digital und der zum Analogon digitalen Konverter, die mit der wiederkonfigurierbaren kostenlosen Software verbunden sind. Seine Stichprobenerhebungs- und Synthese-Bandbreite ist eintausendmal mehr als das von PC-Ton-Karten, das Breitbandoperation ermöglicht.

Der HPSDR (Hohe Leistungssoftware Definiertes Radio) Projekt verwendet einen 16-Bit-Konverter des Analogons-zu-digital, der Leistung über die Reihe 0 zum vergleichbaren mit dieser einer herkömmlichen Entsprechung HF Radio zur Verfügung stellt. Der Empfänger wird auch in der VHF und UHF-Reihe mit entweder dem Mixer-Image oder den Deckname-Antworten funktionieren. Die Schnittstelle zu einem PC wird durch eine Schnittstelle des USB 2.0 zur Verfügung gestellt, obwohl Ethernet ebenso verwendet werden konnte. Das Projekt ist modular und umfasst einen Platineneinschub, auf den andere Ausschüsse einstecken. Das erlaubt Experimentieren mit neuen Techniken und Geräten ohne das Bedürfnis, den kompletten Satz von Ausschüssen zu ersetzen. Ein Erreger stellt RF über dieselbe Reihe oder in die VHF und UHF-Reihe mit dem Image oder den Deckname-Produktionen zur Verfügung.

Siehe auch

• Liste von softwaredefinierten Radios
• Digitalradio
• Digitalsignal, das in einer Prozession geht
• PACTOR
• AMTOR
• Radioschnittstelle-Schicht
• Software GNSS Empfänger

Referenzen

• Radioneuerungsforum (früher SDR Forum-Website)
• SDR4all, Werkzeug für die Forschung und unterrichtend

Weiterführende Literatur

• Software hat Radio definiert: Architekturen, Systeme und Funktionen. Dillinger, Madani, Alonistioti. Wiley, 2003. 454 Seiten. Internationale Standardbuchnummer 0470851643 internationale Standardbuchnummer 9780470851647
• Kognitive Radiotechnologie. Bruce Fette. Elsevier Science & Technology Books, 2006. 656 pags. Internationale Standardbuchnummer 0750679522 internationale Standardbuchnummer 9780750679527
• Software Definiertes Radio für 3G, Brandwunden. Artech Haus, 2002. Internationale Standardbuchnummer 1-58053-347-7
• Softwareradio: Eine Moderne Annäherung an die Funktechnik, Jeffrey H. Reed. Prentice Hall PTR, 2002. Internationale Standardbuchnummer 0-13-081158-0
• Signalverarbeitungstechniken für das Softwareradio, Behrouz Farhang-Beroujeny. LuLu Presse.
• RF und Basisband-Techniken für die Software Definiertes Radio, Peter B. Kenington. Artech Haus, 2005, internationale Standardbuchnummer 1-58053-793-6

Links

• http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/ Der erste webbasierte softwaredefinierte Empfänger in der Welt an der Universität von Twente, die Niederlande. (Provisorisch in Unordnung.)
• http://websdr.ewi.utwente.nl:8903/ Experimenteller allgemeiner Einschluss (0-20 MHz) webbasierter softwaredefinierter Empfänger.
• http://www.websdr.org/ Eine Liste von webbasierten softwaredefinierten Empfängern.