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软件无线电能不能成为开放无线电
李勇
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软件无线电 （SDR） 这个“抱怨的老兵”在充满灰尘的休息室里对未来跃跃欲试。在这个大时代，除了战场无线电、电子对抗和蜂窝小区基站外，它还在等待从其他领域大获成功的机会。而射频 （RF） 半导体和计算加速技术的不断发展极大的降低了 SDR 硬件成本，简化了相应的软件实施，以更低的价格开辟了新应用。机遇来自当前的下一个大事件 — 物联网 （IoT），以及发展中国家的低成本重新配置无线电，还有发烧友的开放平台等。发展的焦点是 SDR 体系结构的关键成本点。进行讨论的一种方法是了解大部分 SDR 实现有哪些相同的部分，技术变革是怎样影响它们的。深入基带从最终用户的角度看，SDR 系统的主要模块是可编程基带处理器。要理解整个概念实际上是从这一模块开始的。在其中，计算电路完成的功能包括，把输出数据变换成基带频率范围内的调制波形，把输入的数字化基带波形变换为接收数据。 SDR 概念很简单：如果您只是处理数字数据，那么在数字信号处理器 （DSP） 等可编程处理器而不是固定硬件上完成这一工作。然后，您可以通过修改在处理器上执行的软件，来修改滤波器、调制方法、纠错算法，以及数据包或者数据流协议。这是一个很强大的概念，但确实有些乐观了。能够满足复杂的算法、数据速率和基带频率要求的可编程引擎必须非常强大：例如，最快的 DSP 芯片，或者高端 FPGA。这实际上限制了基带处理器的成本，无法发挥其可移植性和易于编程的优势。深入 RF 基带处理器并不是 SDR 概念中唯一的难题。信号链的下一环节是数据转换：发送器的数模转换，以及接收器的模数转换，还有相应的模拟滤波器。那么，必须要有上下转换器实现信号在基带和 RF 之间的转换，还要有滤波器和放大器：发送侧的预驱动电路，当然还有接收侧的低噪声放大器 （LNA）。最后是采用不同工艺技术的独立组件：功率放大器 （PA）、天线放大器，以及天线开关等。这些 RF 模拟和混合信号组件的问题在于它们本质上不是可编程的 — 传统上是采用固定功能 RF 模拟组件实现的。虽然您可以通过修改软件来改变 SDR 的基带功能，但是改变载波频率或者射频带宽意味着完全改变或者复制硬件组件。聪明的设计人员想出了解决方法 — 可调振荡器、可调滤波器和增益可调放大器，通过负载寄存器来调整它们，从而管理模拟通路。但是这些方法起到的作用有限 — 要满足大范围可调模拟组件的带宽和线性度要求，必须付出很大的成本和功耗。因此，多频段、连续可调SDR会需要多组RF信号通路，包括从本地振荡器直至天线的所有通路。在很多潜在的大批量应用中，这种限制带来了成本、体积和功耗问题。对于认知无线电等某些特殊应用，信号会出现在宽带频谱的任意位置，无法满足多个 RF 链的需求。虽然面临很大的基带计算负载和多个 RF 收发器难题，但 SDR 显然能很好的工作。它用在发达国家的高端军事和应急响应应用中，否则就要采用填满了各种单一功能无线电设备的机箱或者机架。它还用在商业应用中，这类应用的协议、调制和频带的组合是有限的，而且是事先知道的。而其他领域的应用机会还有待挖掘。
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