概览

无线电技术的进步改变了消费者的交流习惯。无线电技术是用户日常生活中必不可少的一部分,其影响在未来将变得更大。世界无线研究论坛(WWRF)在一份技术报告中预测,到2020年,将有70亿人使用7万亿无线电设备。当这些庞大数量的设备连接到互联网上,形成一个物联网时,第一个挑战就是调整基本的连接和网络层,用来处理大量的端点。现在,越来越多的无线电协议已被开发出来,如ZigBee,BLE,LTE,和新的WiFi协议,这些协议可以用于loT和M2M通信,因为需求不同,其功能也不同,最重要的就是高能效。

总的来说,无线标准正在迅速适应不同的用户需求和硬件规格。这就需要设计一种能够处理多个协议的收发器,包括现有的协议和正在开发的协议。为了完成这一任务,需要实现协议对灵活、可配置和可编程框架的需求。

消费者企业和军事框架都需要可编程平台。可编程性对于业界的设计者来说是非常重要的,因为无线协议的发展迅速且一致,因此需要一种能够跟上发展的硬件。例如,OpenRadio平台,可用于编程PHY和MAC层的同时提供高抽象概念。以前购买的设备可以根据另一标准的具体情况进行调整,而不是增加一个新设备去处理新标准或相同的频带。例如,在军事场景中,这些平台的需求会随着任务期间恶劣条件的变化而变化,在最初设计时可能无法预测这些事情的发生,从而导致需要制定和使用新的协议。

软件无线电(SDR)是一种无线电通信技术.这项技术基于软件定义的无线协议,而不是基于硬件的解决方案。这意味着它支持各种特性和功能,例如通过重新编程更新和升级,而无需替换实现这些功能的硬件。这为实现多波段和多功能无线电设备打开了大门。

SDR高需求的驱动因素包括网络互操作性、适应未来更新和新协议的能力,更重要的是硬件和开发的成本降低。有份报告显示,SDR市场预计到2021年将超过290亿美元。全球行业分析师强调SDR的一些市场趋势如下:

  • 发展中国家的军方对建设通信系统和大规模部署越来越感兴趣
  • 对公共安全和备灾应用程序的需求日益增长
  • 建立虚拟基站(BSs)

SDR也是发展未来空间通信、全球导航卫星系统(GNSS)传感器、车对车通信(V2V)和物联网应用的理想选择,在这些应用中,可以使用相对较小和功率较低的SDR。

SDR是通过使用各种类型的硬件平台来实现的,例如通用处理器(GPP)、图形处理器(GPU)、数字信号处理器(DSP)和现场可编程器件(FPGA)。不同的平台都面临各自的挑战。其中一些挑战是:利用选定硬件平台的计算能力,将功耗降至最低,易于设计,以及工具和设备的成本。研究界和工业界都开发了基于上述硬件平台的SDR,包括USRP、Sora、Atomix、AirBlue和WARP。每个SDR在设计方法、开发工具、性能和最终应用方面都是独一无二的。

我们将首先介绍SDR的体系结构,系统的模拟和数字划分以及各部件的互连。然后介绍了不同硬件平台的分类标准。我们深入研究了这些硬件平台所采用的体系结构和设计方法,并介绍了它们在SDR实施中的优缺点。与此同时,我们还对硬件平台进行了分析比较,作为设计决策的指导。此外,我们还讨论了各自开发工具的使用情况,并提供了一个总结,以帮助解释它们的功能和支持的平台。随后,我们回顾了业界和学术界开发的SDR平台,并使用前面讨论的标准对它们进行了分析和比较。最后,我们确定了SDR当前的挑战和与未来SDR发展相关的开放研究课题。

连载的安排如下:第二篇对SDR体系结构进行了描述,并对所采用的各种设计方法进行了分类。第四篇列出了一些相应的开发工具和平台。第五篇对商业和学术发展的SDR平台进行了分析和比较。第六篇突出了研究问题和未来趋势。