什么是软件无线电？

什么是软件无线电

软件无线电（SoftwareDefinedRadio，SDR）是一种基于软件定义的通信技术，它通过软件控制和配置无线电硬件来实现灵活、可编程的无线通信系统。通过将无线通信系统中原来由硬件实现的信号处理和调制解调功能转移到软件中，实现了无线通信设备的灵活性、可配置性和可扩展性。

它的过往历史和未来

SDR最早由美国电气工程师JosephMitolaIII提出，他在1992年5月发表的一篇名为《SoftwareRadios:Survey,CriticalEvaluationandFutureDirections》的论文中，提出了软件无线电的概念和基本原理，并对其潜在的应用领域进行了探讨。之后，在美国国防部高级研究计划局（DefenseAdvancedResearchProjectsAgency，DARPA）的一项名为"SpeakEasy"的计划（旨在开发一种灵活可配置的无线通信系统，通过软件定义的方式，实现无线通信系统的灵活性和可扩展性，使其能够适应不同的通信标准、频段和应用需求）的推动下，SDR技术得到了广泛的研究和发展，并逐渐应用于军事通信和其他领域。

概括起来，SDR经历了三段式发展：

第一阶段

第二阶段

21世纪00~10年代，随着硬件可编程能力的提升和软件定义技术的成熟，SDR技术开始应用于广播、无线电通信和卫星通信等领域。该阶段的关键技术包括采样率转换、数字信号处理和通信协议的实现。

第三阶段

近年来，SDR技术得到了进一步的推动和应用。随着通信标准的更新和演进，SDR技术成为实现多模式、多频段和多协议通信的关键技术。同时，软件定义网络（Software-DefinedNetworking，SDN）和网络功能虚拟化（NetworkFunctionVirtualization，NFV）的兴起，也为SDR技术的发展提供了更多的机会和挑战。

它是怎么工作的

SDR一般组成包括天线、射频前端、AD/DA（模数/数模转换）、DSP（数字信号处理）和CPU（中央处理单元）

天线：负责无线电信号的收发，一方面将SDR产生的无线电信号发射出去，另一方面也可以将电磁空间中的无线电信号接收下来。有了它，才能实现通信的无线传输。

射频前端：通常由信号滤波、放大、变频等电路组成（目前有些SDR系统采用射频直采技术，已不需要变频操作），实现无线电信号的调理调节。

AD/DA：实现模拟信号和数字信号的相互转化，它是数字世界和模拟世界的桥梁。某种程度上讲，AD/DA性能的提升支撑着SDR技术的发展，有点类似于CPU对于计算机技术发展的影响。

DSP：实现数字化后的信号处理功能，包括调制、解调、数字滤波等。针对不同的应用和信号特征，有各种各样的信号处理算法。

当接收信号时，SDR通过天线接收信号，将信号输入到射频前端进行调节和放大后，再通过AD转换成数字信号后传输给数字信号处理单元，由数字信号处理单元对接收到的信号进行解调、滤波等处理，再由数据处理单元进行数据解码，还可以根据通信协议进行信道编码和差错纠正等操作，最终完成SDR业务数据的解析工作，并将数据或信息发送给用户或应用程序。

在发送信号时，SDR接收来自用户或应用程序的业务数据或信息，并经过数据处理单元、数字信号处理单元进行编码、调制和滤波等处理。然后，经过DA将数字信号转换为模拟信号，并通过射频前端完成模拟信号调理调节，最后由天线将无线电信号发送到空间中。

它有哪些应用

SDR作为一项基于软件定义无线通信技术，以其优异的灵活性和可编程性已经在多个领域展示出了广泛的应用。

军事通信

SDR最初就是应用在军事通信领域，目前在该领域还在持续发挥重要应用。通过SDR设备，军队可以实现频谱的灵活配置和频段的动态切换，提高通信的安全性和鲁棒性。此外，SDR技术还可以实现军队与不同国家和组织之间的互操作性，促进信息共享和合作。

商业通信

SDR在商业通信领域也得到广泛应用。SDR设备能够适应不同的网络标准和频段，提供更高的带宽和更好的用户体验。此外，SDR技术还支持多模式通信，使得商业通信设备能够在不同的网络环境下进行切换和适应。

公共安全通信

SDR在公共安全领域也有广泛的应用。警察、消防员和急救人员等公共安全人员可以通过SDR设备进行无线通信，实时共享信息并协同行动。SDR技术的灵活性和可编程性使得公共安全通信系统能够适应不同的应急情况和通信需求。

物联网通信

SDR为物联网（InternetofThings，IoT）的发展提供了强大的支持。通过SDR设备，物联网设备可以实现互联互通，实时传输数据并与其他设备进行交互。SDR技术的灵活性使得物联网应用能够适应不同的通信协议和频段。

无线电频谱监测

SDR为无线电频谱监测提供了强大的支持。通过SDR设备，监测人员能够实时捕获、分析和监测无线电信号，以保障频谱的合理利用和避免频谱干扰。SDR技术的灵活性使得频谱监测设备能够适应不同的频段和调制方式。

研究教学

SDR在无线电研究和教学领域也得到广泛应用。研究人员和学生可以利用SDR设备进行无线通信技术、协议和算法的实验和研究。SDR设备提供了一个灵活、可定制的平台，用于学习和实践无线电通信的基本原理和应用。

JTRS（JointTacticalRadioSystems）

一种以SDR为基础的联合战术无线电系统，用以满足跨军兵种通信需求。

HarrisFalconIIIAN/PRC-158

一种先进的军用SDR设备，用于战术通信和联合作战。

DJIMatrice350RTK

SDR技术与无人机集成，提供远程控制、图像传输、测绘和安全监测等功能。

AnyToneAT-D878UVPlus

手持式SDR设备，提供组呼、短信传输、位置报告和频道扫描等功能。

NIUSRPX410

提供灵活的SDR接口和信号处理功能，用于研究、教育和无线电应用开发。

目前面临的问题

SDR技术在其发展过程中也面临着一些问题和挑战。

1）频谱管理

频谱是有限的资源，在无线通信中起着至关重要的作用。然而，SDR技术的广泛应用增加了频谱管理的复杂性。如何有效地进行频谱分配、共享和管理，以满足不断增长的无线通信需求，是一个亟待解决的问题。

2）安全性与隐私保护

随着无线通信的普及，安全性和隐私保护变得尤为重要。SDR技术的可编程性和灵活性使其容易受到各种安全威胁，包括无线干扰、数据泄露和恶意攻击等。确保SDR设备的安全性和隐私保护，是一个紧迫的任务。

3）标准化与互操作性

SDR技术在不同应用领域和设备之间的互操作性是一个挑战。不同厂商和组织采用不同的软件和协议，导致SDR设备之间的互联互通性受到限制。建立广泛统一的标准和协议，促进不同SDR设备的互操作性，对于推动SDR技术的进一步发展至关重要。

4）成本效益与可行性

尽管SDR技术的发展带来了许多好处，但其实施和部署仍然面临成本和可行性的挑战。硬件设备的成本、软件的开发和维护成本以及与现有通信系统的兼容性等问题，都需要考虑到SDR技术的成本效益和可行性。

未来的路怎么走

围绕当前面临的问题与挑战，结合人工智能、大数据、5G网络等新兴技术和业态的发展趋势，笔者认为SDR将会在以下几个方面进行探索发展。

1）频谱智能优化

2）风险智能感知

3）与Beyond5G融合

随着5G通信技术的快速发展，SDR技术将与5G网络融合，进一步推动无线通信的创新。SDR的灵活性和可编程性使其能够适应5G的多频段、高带宽、低延迟等要求。未来，SDR技术将为Beyond5G（超越5G）技术的发展提供支持，进一步拓展通信的边界。

4）与物联网融合

随着物联网的快速发展，SDR技术将在物联网应用中发挥关键作用。SDR系统可以适应不同的物联网通信协议和频段，实现设备之间的互联互通。通过软件的更新和升级，SDR设备可以适应不同的物联网标准和应用场景，为大规模设备的互联互通和智能化管理提供支撑。

5）边缘计算

边缘计算作为一种将计算资源和数据存储推向网络边缘的新型计算模式，与SDR技术的结合将在未来发挥重要作用。通过在边缘设备上使用SDR技术，可以将更多的计算和决策功能迁移到设备本身，减少对云端的依赖，提高响应速度和网络效率。

结语

软件无线电从概念提出至今已有30多年，目前已广泛应用于军事通信、公共安全通信、频谱监测等多个领域。对SDR技术的研究和应用探索方兴未艾，随着AI、大数据、5G+、物联网等新技术的应用推广和业态构建，SDR将会扮演重要角色，为无线通信行业带来更加灵活、高效和安全的解决方案。