软件无线电简介

软件无线电简介软件无线电概念的提出和演化JoeMitola博士于1991年提出软件无线电的概念，它的定义为：将各种功能，比如调制、解调、加解密、通讯协议等用软件来实现，并使A/D和D/A转换器尽可能的靠近天线。传统的无线通信软件化程度非常低，尤其是在物理层和数据链路层，而软件无线电则不同，它能够减少对不同通信的硬件设备的浪费，只要在软件部分变动就能够适应不同的通信模式。这个概念虽然是在通信领域提出来的，但是它的发展却涵盖了电子、导航、监测、公共服务等等众多领域，发展成为一种现代通信手段举例：手机的工作原理基带部分中频部分射频部分低噪声放大器射频滤波器混频器中频放大电路GMSK解调天线电磁波转化为高频电流滤掉非GSM频段信号本地振荡器实现从模拟到数字的转换解密去交织信道解码语音解码DA转换语音放大基带信号软件无线电收发模型软件无线电的概念被提出后，那些在不同技术标准和各类型硬件平台下的无线电通信得到了彻底的解放，可以很方便的在通用硬件平台上通过软件编程来实现无线通信。应用：宽带数字接收机、无线电台软件无线电多模基站（GSM、TD-SCDMA、LTE）无线电侦查、定位干扰源和频率监测认知无线电：频谱检测、动态接入医疗成像、声纳探测和可制定测试设备，还有天文系统、车载无线电系统、无线传感器系统、测速仪等等应急通信其他商业、国防、国土、公共安全、教学科研软件无线电的关键技术（1）智能宽带天线基础：自适应天线，主要技术就是智能化接收和发射。2）并行DSP处理技术通过软件编程，由DSP模块来处理中频以下模块，然而，由于DSP处理能力的限制，还远远达不到系统所要求的性能，所以，采用并行DSP处理技术能够有效的提高它的处理能力。（3）高速宽带A/D及D/A变换所以A/D、D/A这两个模块越靠近天线，软件无线电的的性能就越高，说明它软件化程度更高，为了达到软件无线电的高性能，采用高速并行A/D转换技术，将RF/IF部分和软件部分、通用数字部分紧密连接，同时满足系统带宽、处理能力和较好的通用性要求，有效的提升了软件化程度。（4）数字下变频及数字上变频技术软件无线电要求具有很高的运行速度，因为它的功能完全由相应软件来实现，但是由于DSP处理能力有限，当A/D转换出的信号采样率很高时，DSP的处理能力无法实现数字滤波器的功能，所以，为了满足DSP的处理能力，在系统中采用数字上、下变频器技术。GNURadioGNURadio是一个开源的可以构建软件无线电平台的软件包，开源世界中软件无线电的代表项目。它的出现，使得开源世界能够打破传统通信巨头的垄断，使得人们能够自由地了解整个通信系统的任何细节。GNURadio不同于MATLAB等旨在仿真的工具，它生来就是准备玩真的，GNURadio对于软件无线电射频前端硬件的支持非常全面，例如USRP、HackRF、BladeRF等。GNURadio包含有各种库函数，这些库函数包含有通信处理的各个模块，比如数字信号处理、调制、解调等等，这些功能模块可以通过设计进行有效的连接，形成一个完整的系统，我们把这个过程称为建立流向图（flowgraph），每一个模块就像是block，通过流向图的设计和搭建，用户能够较为方便、灵活的进行开发，GNURadio的软件的顶层中有着非常丰富的block，这些block包含了调制、解调、滤波、FFT变换、同步模块等等，用户可以直接调用这些block，还可以根据业务需要进行开发，完成各项功能和任务需要，GNURadio也优化了一些模块的增强指令集，具有很高的性能。SDR平台USRP、HackRF、bladeRF、SORA、WARP、Vanu等总的说来，USRPB2X0系列价格最贵、性能最好；bladeRF支持频段没有那么宽，但优点在于可以脱机运行；HackRF价格低廉、开放程度高，最适合黑客玩家。特别值得一提的是，HackRF是完全开源的软件无线电射频前端。它从原理图到PCB图，从驱动程序到单片机固件，甚至连加工制板所需要的工艺要求，全部以GPL协议无保留地发布学习研究软件无线电无疑是一件非常值得庆幸的事情USRP软件无线电平台USRP，即UniversalSoftwareRadioPeripheral通用软件无线电平台，是美国的EttusResearch公司专为GNURadio项目创造的一个开源的低价格的专门的硬件平台(外设)。USRP是一个非常灵活的USB设备，它把PC连接到RF世界，可以在0-5.9G载频上实现最高16M的带宽信号收发。（低成本、灵活、开源、技术门槛低）GNURadio通过和USRP结合起来，通过软件定义无线电的发送和接收，从而构成了一个完整的软硬件通信系统，这样，我们就可以在这个平台上进行通信，进而在软件层面上实现调制、解调等等，就像是做一个软件开发工作，能够很方便的进行软件无线电的研究和开发工作，实现在软件的世界完成各种功能。USRP设备的厂商：北京微嵌、北京海曼科（代理+研发）•主要产品和应用：包括软件示波器和软件频谱仪、2G路测仪、考试防作弊干扰仪、GSM-R收发平台、802.11系列协议仿真平台、射电天文学，野生动物跟踪，射频识别，医疗成像，声纳和可定制测试设备等等。GNURadio和USRP软件无线电平台GNURadio主要基于Linux操作系统，也可以移植到其他操作系统上（windows操作系统，苹果操作系统，NetBSD等），Linux系统下，采用C++结合Python脚本语言进行编程，其代码完全开放。C++被用于各种信号处理模块编写，而Python作为脚本语言，则被用来编写连接各个block模块。通过这两种语言的综合使用，使得用户能够方便快捷的进行程序开发和应用，这样不仅利于开发，大大提高了GNURadio的编程效率，而且使用起来更加方便Python语言特点：简单易学、免费开源、可嵌入性、高可移植性GNURadio要求使用者有较强的计算机操作能力和较全面的通信和数字信号处理知识，这样才能在开发过程中较快较全面的展开工作。一个最小的GNURadio开发环境包括一台主机，一套含USRP母板，一块子板。GNURadio和USRP软件无线电平台GNURadio和USRP软件无线电平台USRP产品介绍GNURadio的其他应用USRP产品系列在世界各地有着各种各样的应用，除了被用于快速原型设计和科研应用，它已被部署到现实世界的许多商业和国防系统中。(1)、商业应用。软件无线电作为通信系统开发和原型设计的理想平台，当一个应用没有足够的空间调整个性化的硬件设计，灵活的USRP实现了成本敏感的可部署的系统(2)、国防和国土安全。USRP系列产品被应用到很多的军事领域，一些大的情报和防御部门，通过很低的预算就能够研制并安装较为先进的无线系统，形成强大有效的战斗力，美国和欧洲很多国家的军事部门都对此有着广泛的应用。例如：数据链网络、战术通信等等，与此同时在一些公共领域，比如公共安全通信等等也有很多应用(3)、无线研究。很多的科研机构和科研院所都将USRP列为重要研究课题，在很多方面有着很大的应用和开发潜力，比如：认知无线电、MIMO系统、无线自组织网络、无线网状网、频谱感知、频谱接入、4G移动通信、MAC协议研究等等，由于USRP低廉的价格，较为简单的使用，使它成为了无线研究领域又一个炙手可热的焦点。(4)、教学教学。美国和世界各地的许多大学都为学生配置了带USRP系统的实验室，USRP产品系列的低成本，极大灵活性和开源性质，以及GNURadio开源社区的支持使USRP成为讲授下列课程的理想选择：软件无线电、信号与系统、数字信号处理、通信系统、FPGA设计。(5)、其他应用。这些年来，有很多基于USRP系统的创新产品，例如：例：基于软件无线电的空中接口监测系统研究空中接口是移动网络终端设备与基站之间的无线接口,根据使用环境的不同,各种因素的影响较大,存在很多不稳定的因素,空中接口协议以及信令消息相对有线结构更为复杂。所以,对移动网络空中接口的监测是网络监测的重点,唯有对其实现动态监测,对网络故障的分析才会更准确。这也是网络规划、网络评测和网络优化所关注的领域。当前的GSM网络监测手段比较成熟的是Abis接口,A接口和PRI接口电缆接口的测量,国内对于无线空中接口的监测研宄较少,并且移动通信网络属于高新产业,发展速度极快。移动通信网络更新换代快,采用传统硬件设计的移动通信网络空中接口监测系统由于硬件的限制,存在硬件不易更换、通用性差等缺点。因此,本系统采用软件无线电技术(SoftwareDefinedRadio)。在通用型计算机和通用软件无线电平台上,设计并实现了GSM空中接口监测系统。在国内,主要研究集中在以GSM专用接收芯片为核心,或是解调解码算法上的仿真。国外研宄中,使用软件无线电技术对移动通信网络空中接口进行分析的项目始于5年前启动的Airprobe开源GSM系统空中接口监测项目,该项目使用幵源的GNURadio软件无线电平台和通用软件无线电外设USRP1平台,成功接收并分析了GSM基站的广播信道和公共控制信道。ilistener系统是在空中接口监测系统Airprobe开源的基础上,通过对Airprobe幵源代码的重建、再现,通过对GSM网络空中接口监测系统应用背景的学习与积累,逐渐发现了其针对Airprobe系统所存在的不足进行改进与提升,并进行了研宄和系统设计。例：基于GNURadio和USRP2的未知信号检测运用开源软件无线电GNURadio技术和与USRP2，设计出了未知无线电信号自动检测系统。系统采用能量检测法，能够快速识别一定频段内未知无线电信号，并记录其带宽、中心频率和起止时间，同时存储相应的同相正交(InphaseandQuadrature，IQ)数据，为后续载频的精确估计提供必要的参数。在实际测试中发现，该系统检测速度快、准确率高，对未知强信号检测具有一定的可靠性和实用性。基于USRP平台的GPS软件接收机设计与实现【摘要】详细介绍采用USRP实现GPS软件接收机的设计与实现过程。分析GPS软件接收机的基本组成模块及相关理论问题,并搭建试验系统。通过对实测数据的分析,证明基于USRP平台的GPS软件接收机的可行性。GNURadio+hackRF《HackRF与GNURadio入门指南》•全面支持GNURadio•30MHz–6GHz•与RTL2832U(RTLSDR)不同，HackRF可以进行发射•比USRP更廉价•最大采样率:20Msps(10倍于电视棒RTLSDR)•接口:HighSpeedUSB•USB供电•硬件/软件全部开源（）•获得了DARPA的CyberFastTrack项目的支持•已经在KickStarter上拿到投资示例程序FM接收&FM发射&AM/FMRadioTX/RX,APCO-25(USA)/TETRA(EU)DigitalRadioDAB发射&DVB（DigitalTelevision(ATSC/DVB-T)遥控小车信号解析&解析大车的信号&AISNOAA卫星接收&GPSreceiverGSM信号解调&HackRFLTE-Cell-Scanner解析PocsagPagers&WashingtonDCHackRF&FLEXBluetoothmonitoring&wirelessmicrophones&DECT手机&RFID(RadioFreqIdentification)相关网址TheprimarywebpageforHackRFis:Youcanlearnaboutthehistoryoftheprojectandhowitwasmadepossibleonmossmann'sblog: