軟件定義無(wú)線電?(SDR) 是一種無(wú)線電通信系統(tǒng)，通常以硬件(例如混頻器、濾波器、放大器、調(diào)制器和解調(diào)器、檢波器等)組件實(shí)施的東西現(xiàn)在通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)或嵌入式系統(tǒng)上的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。雖然軟件定義無(wú)線電(SDR)不是新的概念，但其涉及的許多快速的數(shù)字電子發(fā)展能力過(guò)去只在理論上是可能的。

基本的SDR系統(tǒng)可能由包括配有聲卡或其它模數(shù)轉(zhuǎn)換器、前面有某種形式的射頻前端的個(gè)人電腦組成。大量的信號(hào)被交給通用處理器處理，而不是用專用的硬件。這種設(shè)計(jì)生產(chǎn)了一種完全基于所使用的軟件、可以接收和傳輸廣泛不同的無(wú)線電協(xié)議（有時(shí)稱為波形）的收音機(jī)。

在軍事和手機(jī)服務(wù)中軟件無(wú)線電具有重大的實(shí)用性，這兩個(gè)都要求實(shí)時(shí)提供各式各樣變化的無(wú)線電協(xié)議。

長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，提倡者像SDRForum（現(xiàn)在的無(wú)線創(chuàng)新論壇）預(yù)計(jì)軟件定義無(wú)線電將成為無(wú)線電通信中的主導(dǎo)技術(shù)。軟件定義無(wú)線電與軟件定義天線一同是認(rèn)知無(wú)線電的使成者。

軟件定義無(wú)線電有足夠的靈活性避免以前種類無(wú)線電設(shè)計(jì)師的"有限的頻譜"假設(shè)，以一種或多種方式，包括：

擴(kuò)頻和超寬帶技術(shù)允許幾臺(tái)發(fā)射機(jī)在相同的位置用相同的頻率發(fā)射而干擾很小，通常結(jié)合有一個(gè)或多個(gè)錯(cuò)誤檢測(cè)和校正技術(shù)來(lái)修復(fù)所有由該干擾引起的錯(cuò)誤。

軟件定義天線自適應(yīng)地"鎖定到"定向信號(hào)，以便接收機(jī)可以更好地拒絕來(lái)自其它方向的干擾使其能夠檢測(cè)微弱的傳輸。

認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)：每個(gè)電臺(tái)檢測(cè)使用中的頻譜并把這些信息傳達(dá)給其它合作的電臺(tái)，以便發(fā)射機(jī)通過(guò)選擇未使用的頻率能避免相互干擾。

動(dòng)態(tài)發(fā)射機(jī)功率調(diào)整，基于來(lái)自接收機(jī)的信息，按最低所需降低發(fā)射功率，減少遠(yuǎn)近的問(wèn)題，并減少對(duì)其它的干擾。

每添加電臺(tái)總?cè)萘吭黾硬p少在任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)上所要求的功率的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)只發(fā)射足夠大聲的信息跳到那個(gè)方向最近的節(jié)點(diǎn)，減少了遠(yuǎn)近問(wèn)題并減少干擾到其它的。

工作原理

理想的接收機(jī)方案應(yīng)是給天線附加一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。數(shù)字信號(hào)處理器會(huì)讀轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號(hào)處理器的軟件然后把來(lái)自轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)流變換成應(yīng)用程序需要的任何其它形式。

理想的發(fā)射機(jī)是類似的。數(shù)字信號(hào)處理器將生成數(shù)字的流。這些將會(huì)發(fā)送給連接到無(wú)線電天線的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器。

由于技術(shù)的實(shí)際限制理想的計(jì)劃不是完全可以實(shí)現(xiàn)的。在兩個(gè)方向上的主要問(wèn)題是在同一時(shí)刻數(shù)字和模擬域之間以足夠高的速度和足夠高的精度轉(zhuǎn)換的難度，并不依靠像干擾和電磁共振物理過(guò)程的輔助。

接收機(jī)結(jié)構(gòu)

大多數(shù)接收機(jī)使用變頻振蕩器、混頻器和濾波器來(lái)調(diào)諧所需的信號(hào)到常用中頻或基帶，然后由模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣。然而，在某些應(yīng)用中沒(méi)有必要把信號(hào)調(diào)諧到中頻，射頻率信號(hào)直接由模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣（后放大的）。

實(shí)用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器缺少檢出亞毫伏、納瓦功率的無(wú)線電信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍。因此在轉(zhuǎn)換步驟前必須低噪聲放大器，此設(shè)備引入了自己的問(wèn)題。例如，如果雜亂信號(hào)出現(xiàn)（這是典型的），這些與放大器動(dòng)態(tài)范圍之內(nèi)的所需信號(hào)競(jìng)爭(zhēng)。它們可能會(huì)引入所需信號(hào)的失真，或者可能完全封鎖它們。標(biāo)準(zhǔn)的解決方案是在天線和放大器之間使用帶通濾波器，但這些減少無(wú)線電的靈活性。真正的軟件無(wú)線電往往有兩個(gè)或三個(gè)不同的帶寬轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出的模擬通道濾波器。

軍用

聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)（JTRS）原先是美國(guó)軍方計(jì)劃的下一代戰(zhàn)場(chǎng)行動(dòng)中使用的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)電臺(tái)。

2011年10月美國(guó)國(guó)防部副部長(zhǎng)取消聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)項(xiàng)目，指出：

我們的評(píng)估是JTRS GMR 發(fā)展計(jì)劃的產(chǎn)品不大可能以合理的成本滿足服務(wù)需求的，畢竟可能不符合某些要求。因此終止是必要的。

項(xiàng)目的資金被允許在2012年3月到期。

業(yè)余和家用

典型的業(yè)余軟件無(wú)線電使用直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)。與更遙遠(yuǎn)的過(guò)去直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)不同的是，使用的混頻器技術(shù)基于正交采樣檢波器和正交采樣激勵(lì)器。

這種系列的軟件無(wú)線電接收機(jī)性能與利用的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Adc）的動(dòng)態(tài)范圍直接有關(guān)。射頻信號(hào)向下轉(zhuǎn)換到音頻頻段，由高性能音頻ADC采樣。第一代軟件無(wú)線電接收機(jī)使用PC的聲卡提供ADC功能。較新的軟件定義無(wú)線電使用嵌入式高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器，提供更高的動(dòng)態(tài)范圍和更抗噪聲和射頻干擾。

PC使用特定于無(wú)線電硬件的軟件快速執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理(DSP) 操作。幾個(gè)軟件無(wú)線電努力使用開(kāi)放源SDR?庫(kù)DttSP。

SDR軟件執(zhí)行所有的解調(diào)、濾波（無(wú)線電頻率和音頻頻率）、信號(hào)增強(qiáng)（均衡和雙耳提交）。用途包括每個(gè)常見(jiàn)的業(yè)余調(diào)制：摩爾斯電碼、單邊帶調(diào)制、頻率調(diào)制、調(diào)幅和各式各樣的數(shù)字模式，如無(wú)線電電傳、慢掃描電視和數(shù)據(jù)包無(wú)線電。業(yè)余愛(ài)好者也實(shí)驗(yàn)新調(diào)制方法：例如夢(mèng)（DREAM）開(kāi)源項(xiàng)目解碼用于全球范圍數(shù)字電臺(tái)（DRM）的COFDM 技術(shù)。

有廣泛的業(yè)余無(wú)線電愛(ài)好者和家用的硬件解決方案。有專業(yè)級(jí)的收發(fā)機(jī)解決方案，例如，ZS-1或Flex接收機(jī)，自制的PicAStar收發(fā)機(jī)，軟巖SDR工具包和初學(xué)者解決方案，例如短波的FiFi SDR。

一些常見(jiàn)的帶有Realtek RTL2832U控制器的DVB-T USB閃盤(pán)和Elonics E4000 或Rafael Micro R820t高頻頭可以作為一個(gè)寬帶SDR接收機(jī)使用。

主要使用通用軟件無(wú)線電外設(shè)（USRP）的GNU無(wú)線電，使用一個(gè)USB 2.0 接口、FPGA和一整套高速的模-數(shù)和數(shù)-模轉(zhuǎn)換器、結(jié)合可重構(gòu)的免費(fèi)軟件。其采樣和合成帶寬是PC聲卡的一千倍，使它能寬帶操作。

HPSDR (高性能軟件定義無(wú)線電)項(xiàng)目使用一個(gè)16位135MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器在0到55MHz范圍提供傳統(tǒng)的模擬高頻無(wú)線電的性能。接收機(jī)使用混頻器鏡像或別名響應(yīng)也運(yùn)作在甚高頻和超高頻范圍內(nèi)。通過(guò)提供的一個(gè)USB2.0接口接口到PC，也可以使用以太網(wǎng)。該項(xiàng)目是模塊化的并包括一個(gè)插其它的板的底板。這允許試驗(yàn)新的技術(shù)和設(shè)備而無(wú)需更換整個(gè)板集的。激勵(lì)器在同一范圍內(nèi)提供1/2W的RF或使用鏡像或別名進(jìn)入甚高頻和超高頻范圍。

WebSDR是由彼得-特捷克·德·波爾（Pieter.Tjerk de Boer）發(fā)起的通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)全球范圍內(nèi)覆蓋完整短波范圍的多個(gè)SDR的項(xiàng)目。最近他分析了使用接收機(jī)系統(tǒng)耦合的啁啾發(fā)射機(jī)信號(hào)。

2、業(yè)余試驗(yàn)

按照介紹和參考資料，筆者試了一下成本最低的RealtekRTL2832U控制器的DVB-T USB數(shù)字電視接口，使用原因如簡(jiǎn)介所示，我們把它當(dāng)作一個(gè)SDR接收機(jī)。可以在網(wǎng)上購(gòu)得或在商店購(gòu)得，幾十元或一二百元左右，一定要買芯片是RealtekRTL2832U的。這個(gè)SDR接收機(jī)如圖所示。

接在計(jì)算機(jī)上的Realtek RTL2832U控制器的DVB-T USB數(shù)字電視接口

根據(jù)資料，目前使用這一款接收機(jī)的比較多。相應(yīng)的SDR軟件也較多，根據(jù)介紹選了反映比較好的兩款軟件，一個(gè)是HDSDR，另一個(gè)是SDRSHARP，后者是開(kāi)源的，前者是免費(fèi)軟件不開(kāi)源。選兩個(gè)應(yīng)用的原因是看一看效果如何。

第一個(gè)應(yīng)用軟件HDSDR的網(wǎng)址在，版本2.63下載下來(lái)。

第二個(gè)應(yīng)用軟件SDRSHARP的網(wǎng)址在，可從頁(yè)面下載鏈接頁(yè)下載。

下面分別看一下兩個(gè)應(yīng)用：

1）HDSDR：

安裝HDSDR，記住路徑。

下載DVB-T USB數(shù)字電視接口用DLL，DLL在 https://github.com/josemariaaraujo/ExtIO_RTL/raw/master/Release/ExtIO_RTL.dll

將DLL復(fù)制在安裝HDSDR的路徑內(nèi)。

安裝USB驅(qū)動(dòng)工具，這個(gè)工具的網(wǎng)址在，最好用專用USB驅(qū)動(dòng)安裝工具安裝。

然后只點(diǎn)擊HDSDR執(zhí)行文件。如果前一步USB驅(qū)動(dòng)安裝正確的話，HDSDR啟動(dòng)會(huì)問(wèn)用哪個(gè)DLL的。

啟動(dòng)后選擇一種模式并設(shè)定參數(shù)，就可以進(jìn)行各個(gè)頻段內(nèi)的收聽(tīng)實(shí)驗(yàn)了。畫(huà)面如圖所示。

HDSDR調(diào)頻收聽(tīng)

RTL設(shè)定

SDR硬件耦合和本地中心頻率定格

通過(guò)應(yīng)用軟件，可以在調(diào)頻范圍內(nèi)收聽(tīng)到廣播以及進(jìn)行各種操作，參數(shù)比較多，設(shè)定比較麻煩的，專業(yè)人士可能會(huì)很好使用的。

2）SDRSHARP

安裝已經(jīng)下載的SDRSHARP后啟動(dòng)，因?yàn)橐呀?jīng)安裝過(guò)了DVB-T USB數(shù)字電視接口的驅(qū)動(dòng)，因此啟動(dòng)SDRSHARP后，選好前端的USB類型定好中心頻率，運(yùn)行后界面如下：

SDRSHARP的調(diào)頻畫(huà)面

這個(gè)界面參數(shù)少一些，似乎聲音效果好一些，但沒(méi)有前一個(gè)細(xì)微，然后觀察了各種制式下的頻率。以及各種濾波效果，許多復(fù)雜的FFT運(yùn)算都包含在內(nèi)部了，應(yīng)用者方便多了。

用經(jīng)濟(jì)的手段獲得近似專業(yè)的效果，應(yīng)該說(shuō)是現(xiàn)代技術(shù)帶來(lái)的好處。如果不用這個(gè)工具的話，要達(dá)到這個(gè)目的，一般比較難的。按照軟件無(wú)線電的要求，確實(shí)利用了計(jì)算機(jī)作為主要的數(shù)字信號(hào)處理器，而且可以靈活的進(jìn)行軟件處理。

兩個(gè)軟件確實(shí)都可以運(yùn)行，第一個(gè)精細(xì)的，專業(yè)性強(qiáng)，第二個(gè)雖比第一個(gè)簡(jiǎn)單一些，但第二個(gè)是特別專用的。但使用時(shí)都容易卡住的，特別是變頻時(shí)，動(dòng)態(tài)容易卡的，停下來(lái)改變頻率再運(yùn)行，卡的現(xiàn)象會(huì)少些。

3）可以利用DVB-T USB數(shù)字電視接口結(jié)合免費(fèi)軟件組構(gòu)掃頻儀的。

參考資料，除了DVB-T USB數(shù)字電視接口硬件外，再按照一定步驟安裝以下幾個(gè)軟件，可以組構(gòu)一個(gè)一般的掃頻儀，這些軟件是SDRSharp?、rtlsdr.dll、Zadig、UniTrunker、VirtualAudio Cable、Digital Speech Decoder(DSD)、Cygwin和MicrosoftVisual C++ 2010 Runtime。但組構(gòu)比較麻煩。

其結(jié)果如下圖：

SDR掃頻結(jié)果

圖下面黑色的部分是組構(gòu)好后掃描到的內(nèi)容。

還有許多業(yè)余SDR的應(yīng)用。