задать вопрос консультанту online
Логотип компании ЭЛТЕХ

Что такое программно-определяемое радио (SDR)?

03.06.2014

Постоянно увеличивается  число способов и средств, с помощью которых люди общаются, предают данные, осуществляют голосовую и видео трансляции, обеспечивают связь в чрезвычайных ситуациях и т.д.,  поэтому легко настраиваемые радиосистемы, требующие минимум затрат средств и ресурсов стали быстро развивающимся бизнесом. Программно-определяемые радиосистемы (software defined radio или SDR) позволяют создать передовое коммуникационное оборудование эффективное по цене, питанию, с широкими возможностями настройки.

Радиосистема – это любое устройство, которое обеспечивает передачу или прием сигнала беспроводным способом в радиочастотной области электромагнитного спектра для обмена информацией. В современном мире радиосистемы присутствуют во множестве устройств, таких как телефоны, компьютеры, дверные замки автомобилей, телевизоры, спутниковые модемы и т.д.

К SDR принято относить радиосистемы, в которой некоторые или все функции физического уровня реализуются программными средствами и могут быть программно изменены.

Программные изменения касаются диапазона частот, типа модуляции, выходной мощности, но не ограничиваются этими параметрами.

Традиционно в радиосистемах функции физического уровня (фильтрации, модуляции/демодуляции, преобразование спектра, усиление сигналов) выполнялись аппаратными методами, и любые изменения в системе могли быть внесены только непосредственным физическим вмешательством в схему устройства. Это приводило к высокой стоимости изделий и ограниченности в поддержке нескольких стандартов сигналов. Программно-определяемые радиосистемы получаются эффективнее и дешевле. Такие устройства могут иметь несколько режимов работы в различных диапазонах частот и большой набор дополнительных функций за счет обновляемости программного обеспечения.

SDR объединяют аппаратные и программные технологии, где все или некоторые из работающих функций настраиваются (изменяются) по средствам программного обеспечения. Такие устройства обычно могут содержать программируемые логические интегральные схемы (FPGA), цифровые сигнальные процессоры (DSP), процессоры общего применения (GPP), программируемые системы на кристалле (SoC). Использование этих технологий позволяет изменять и расширять функциональные возможности радиосистем без аппаратного вмешательства в схему.

Преимущества SDR

Для производителей радиооборудования и системных интеграторов:

  •  семейства радиосистем, выполненные на общей аппаратной базе, все быстрее и быстрее появляются на рынке;
  • за счет многократного использования программного обеспечения в различных радио устройствах значительно снижаются затраты на разработку;
  • удаленное перепрограммирование позволяет исправлять ошибки, которые могут возникать после запуска радиосистемы в эксплуатацию, что сокращает время и финансовые затраты связанные с техническим обслуживанием и эксплуатацией приборов.

Для поставщиков радио услуг:

  •  новые функции и возможности, которые будут добавляться к существующей инфраструктуре, не требуют больших финансовых вложений и позволяют провайдерам радио услуг модернизировать свои сети;
  •  используя радиосистемы на различных территориях, SDR позволяет удаленно их настраивать и модернизировать, что существенно снижает логистические и эксплуатационный расходы;
  • за счет удаленной загрузки программного обеспечения может быть увеличена производительность системы. Модернизации может внести новые функции, тем самым увеличить доход.

Для конечного пользователя технология SDR позволит снизить цену на радиоустройства и доступ к  беспроводным средствам коммуникации.

Будущее с SDR

Технология SDR является ключевой в предлагаемом последующем развитии радиооборудования:  адаптивное радио, когнитивное «умное радио» и интеллектуальное радио.

Адаптивное радио ― это радиосистемы в которых имеются средства самоконтроля и могут изменяться параметры радиооборудования для улучшения их характеристик. Использование SDR технологий в адаптивных системах радиосвязи позволяет обеспечить больше свободы в адаптации и таким образом получить выше производительность и улучшить качество обслуживания линий связи.

Когнитивное радио ― это радиосистемы в которых  возможно определение внутреннего состояния оборудования и текущее состояния окружающей среды, такие как местоположение и используемые здесь частоты. С учетом этих данных система может принимать решение о своем рабочем поведении на основе заранее поставленных целей, в том числе изменять несущую частоту, мощность, тип модуляции или даже переходить на другой стандарт связи.

Для регулировки своего поведения и режима работы когнитивное радио должно будет сочетать в себе несколько технологий, в том числе SDR и адаптивное радио. Применение этих технологий имеет решающее значение для получения возможности конечному пользователю использовать доступные частоты и беспроводные сети, имея стандартный набор радиооборудования.

Интеллектуальное радио ― это когнитивное радио, которое обладает машинным обучением. Это позволяет улучшать способы адаптироваться к изменению параметров и условий внешней среды для повышения качества связи.

Одна из основных задач программно-конфигурируемого радио как раз и заключается в обеспечении предельной гибкости изменения параметров оборудования с целью обеспечить максимальную совместимость радиостанций различных стандартов вне зависимости от метода модуляции рабочего диапазона частот, метода доступа к каналам и т.п. при сохранении всех функциональных возможностей сети связи.

В качестве примера конфигурируемого приема-передатчика для создания программно-определяемой радиосистемы можно взять интегрированную микросхему от компании Analog Devices ― AD9361, работающую в диапазоне частот от 70 до МГц до 6 ГГц. AD9361 содержит два канала приема-передачи и благодаря системе синхронизации нескольких микросхем позволяет создавать MIMO-системы (multiple in, multiple out). Микросхема AD9364, в отличие от AD9361, содержит только один канал приема-передачи. Более подробную информацию об этот приемо-передатчике можно посмотреть здесь.