Технология прямого цифрового преобразования сигналов всё больше завоёвывает мир. Принцип работы программно-определяемого радио (в зарубежной практике используется термин SDR -software-defined radio) основывается на оцифровке принятого радиосигнала и дальнейшей обработке его уже в цифровой форме.
Рис. 1. Структурная схема работы
При использовании SDR практически весь объем работ по обработке сигнала перекладывается на программное обеспечение, которое запускается на персональном компьютере или управляет работой некоторых конкретных специализированных микропроцессорных устройств, предназначенных для обработки сигнала. Цель такого подхода — создать систему, которая может принимать и передавать практически любые радиосигналы с помощью программного обеспечения, которое априори является гибким и адаптивным. Большая нагрузка по окончательной обработке принимаемого сигнала ложиться на компьютер, поэтому он должен быть современным.
До появления SDR — системы радиосвязи, в которой программное обеспечение используется как для модуляции, так и для демодуляции радиосигналов, персональный компьютер играл хотя и важную, но все же вспомогательную роль на любительской радиостанции. SDR поменял приоритеты, и персональный компьютер становится ядром любительской радиостанции.
В режиме приема SDR может обеспечить более высокую эффективность, чем при использовании традиционных аналоговых методов, т. к. при цифровой обработке сигналов их фильтрация близка к идеальной. Кроме того, с помощью программных алгоритмов могут быть реализованы такие функции, которые очень сложно получить при аналоговой обработке.
В 2002 году радиолюбительский журнал QEX опубликовал несколько статей под общим названием «A Software-Defined Radio for the Masses» [1]. Автором которых является радиолюбитель Gerald Youngblood (K5SDR). В статьях на доступном языке описано, что такое SDR, принцип работы и построения таких устройств. Эта публикация вызвала большой интерес радиолюбителей всего мира к этой технике. На самом деле, при достаточно несложном схемном решении, в сочетании с возможностями современных компьютеров возможно построение приёмника или трансивера с достаточно высокими параметрами и широкими возможностями.
В настоящее время SDR широко применяются в военной и сотовой связи, где в режиме реального времени требуется поддержка разнообразных изменяющихся радиопротоколов.
Возможности применения SDR техники достаточно разнообразны. Это может быть приёмник, трансивер, панорамный анализатор спектра или SDR тракт к уже имеющемуся традиционному трансиверу, что заметно расширит возможности последнего.
Следует отметить тот факт, что компьютерные технологии и программное обеспечение быстро развиваются, соответственно и Software Defined Radio способно развиваться вместе с ними.
Модернизировав в очередной раз свой компьютер или установив свежую программу, вы тем самым меняете параметры и возможности вашего SDR устройства.
Идеальная реализация SDR-приемника — это подключение антенны непосредственно к аналого-цифровому преобразователю (АЦП), соединенному с мощным компьютером. В таком случае программное обеспечение, запущенное на компьютере, обеспечивало бы обработку поступающего потока данных и преобразовывало бы их в требуемую форму. Идеальный SDR-передатчик функционировал бы аналогично. Программное обеспечение формировало бы поток данных, который поступал бы в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), подключенный к антенне.
Однако современная технологическая база не позволяет реализовать такую идею. Доступные АЦП еще недостаточно быстры для работы в широкой полосе радиоспектра или не имеют достаточного динамического диапазона, чтобы оперировать с сигналами, имеющими огромную разницу уровней в этом спектре.
В настоящее время реализация SDR возможна пока только на очень низких частотах (десятки килогерц), поэтому в реальных устройствах проблема высококачественной оцифровки принимаемых ВЧ сигналов решается их переносом на низкую частоту. Для этого используются смеситель и опорный генератор. Таким образом, требуется определенное аналоговое оборудование, чтобы направить часть спектра частот на обработку в компьютере. В профессиональных реализациях SDR аналоговая часть, как правило, строится по супергетеродинному принципу, а в радиолюбительских устройствах широкое применение находит принцип прямого преобразования. Хотя этот принцип был предложен очень давно только появление SDR, возможно, действительно обеспечит массовое применение прямого преобразования в технике радиосвязи.
На данный момент SDR технологии являются самыми инновационными среди приемопередаточных радиоустройств. Компоненты для цифровой обработки сигналов, аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования совершенствуются и дешевеют с каждым днем, что постоянно приближает выход технологии SDR в массы. Сложность конструкции традиционных приемников существенно выше, чем у SDR, не говоря уже об отсутствии у первых какой-либо гибкости, так необходимой в современных условиях быстро изменяющихся стандартов. Поэтому, тотальный переход к архитектуре SDR неизбежен, это лишь вопрос времени.
Литература:
1. Gerald Youngblood «A Software Defined Radio for theMasses: Part 1», QEX, Jul/Aug 2002, pp 13–21.
2. Галкин В. А. «Основы программно-конфигурируемого радио».
3. Руднев П. «Технологии sdr на службе у разработчиков систем».
4. Сивагина Ю. А. Обзор современных симплексных ретрансляторов радиосигналов/ Ю. А. Сивагина, И. Д. Граб, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 74–76.
5. Сивагина Ю. А. Разработка ретранслятора радиосигналов и его компьютерной модели / Ю. А. Сивагина, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков, И. Д. Граб, В. Я. Баннов // Современные информационные технологии. 2013. № 17. С. 207–213.
6. Шуваев П. В. Формирование структуры сложных многослойных печатных плат / П. В. Шуваев, В. А. Трусов, В. Я. Баннов, И. И. Кочегаров, В. Ф. Селиванов, Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 364–373.
7. Трифоненко И. М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И. М. Трифоненко, Н. В. Горячев, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396–399.
8. Grab I. D., Sivagina U. A., Goryachev N. V., Yurkov N. K. Research methods of cooling systems. Innovative Information Technologies: Materials of the International scientific — рractical conference. Part 2. –M.: HSE, 2014, 443–446 pp.
9. Горячев Н. В. Автоматизированный выбор системы охлаждения теплонагруженных элементов радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, К. С. Петелин, В. А. Трусов, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2013. № 4. С. 136–143.
10. Стрельцов Н. А. SDR-трансиверы и их применение / Н. А. Стрельцов, Н. В. Горячев, В. А. Трусов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 281–282.
11. Горячев Н. В. Методика формирования контура печатной платы в САПР электроники с помощью сторонней механической САПР / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2014. № 19 (19). С. 103–110.
12. Бростилов С. А. Метрологический анализ измерительной подсистемы информационно-измерительной системы для исследования средств воздушного охлаждения / С.А Бростилов, Н. В. Горячев, Т. Ю. Бростилова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 127–129.
13. Горячев Н. В. Тепловая модель учебной системы охлаждения / Н. В. Горячев, Д. Л. Петрянин // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2014. № 2. С. 197–209.
14. Петрянин Д. Л. Анализ систем защиты информации в базах данных / Д. Л. Петрянин, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 115–122.
15. Горячев Н. В. Комплексы и системы теплофизического проектирования электронной аппаратуры / Н. В. Горячев, Ю. А. Сивагина, Е. А. Сидорова // Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС. 2011. № 16. С. 178.
16. Воробьев Д. В. Характеристики и источники механических воздействий на радиоэлектронные средства / Д. В. Воробьев, Н. С. Реута, Н. В. Горячев // Молодой ученый. — 2014. — № 19. — С. 182–185.
17. Горячев Н. В. Исследование и разработка средств и методик анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры / Горячев Н. В., Танатов М. К., Юрков Н. К. // Надежность и качество сложных систем . 2013. № 3. С. 70–75.
18. Граб И. Д. Алгоритм функционирования компьютерной программы стенда исследования теплоотводов/ И. Д. Граб, Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 1. С. 244–246.
19. Меркульев А. Ю. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий / А. Ю. Меркульев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. — 2013. — № 11. — С. 143–145.
20. Горячев Н. В. Индикатор обрыва предохранителя как элемент первичной диагностики отказов РЭА / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 78–79.
21. Подложенов К. А. Разработка энергосберегающих технологий для теплиц / К. А. Подложёнов, Н. В. Горячев Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 193–194.
22. Воробьев Д. В. Применение унифицированных электронных модулей при создании генератора гармонических колебаний / Д. В. Воробьев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. — 2014. — № 20. — С. 114–117.
23. Подложенов К. А. Разработка энергосберегающих технологий для теплиц / К. А. Подложёнов, Н. В. Горячев Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 193–194.
24. Горячев Н. В. К вопросу выбора вычислительного ядра лабораторного стенда автоматизированного лабораторного практикума / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2009. № 10. С. 128–130.
25. Белов А. Г. Обзор современных датчиков утечки воды / А. Г. Белов, Н. В. Горячев, В. А. Трусов, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 34–36.
