CC BY
614
Стрельцов Н.А., Горячев Н.В., Трусов В.А.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
SDR-ТРАНСИВЕРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
Технология прямого цифрового преобразования сигналов всё больше завоёвывает мир. Принцип работы software -defined radio (SDR) основывается на оцифровке принятого радиосигнала и дальнейшей обработке его уже в цифровой форме.
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 меняет приоритеты, и персональный компьютер становится ядром любительской радиостанции.
Над разработкой SDR сейчас работают IMEC, Altera и BittWar, ESD, Nallatech, Samsung, NXP Semiconductors, T3G Technologies и другие компании.
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.
Используя фазовый метод, зеркальный канал (нерабочую боковую полосу) в DCR можно довольно легко подавить на 40 дБ. Однако добиться подавления нерабочей полосы более 60 дБ, что типично для супергетеродинных приемников среднего класса с кварцевыми и электромеханическими фильтрами, в DCRоказывается значительно сложнее. На помощь приходит "интеллектуальная" цифровая обработка сигнала.
Радиолюбительский журнал QEX опубликовал в 2002 году несколько статей под общим названием «А Software-Defined Radio for the Masses»(5). Автором которых является Gerald Youngblood позывной K5SDR (ex AC5OG). В статьях рассказано, что такое программно зависимое радио (SDR), принцип работы и построения таких устройств. Публикация QEX вызвала немалый интерес радиолюбителей всего мира к этой технике. На самом деле, при достаточно не сложном 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 аналогоцифровому 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.
Учитывая огромные возможности, которые заложены в SDR, по-видимому, в ближайшем будущем эта технология займет доминирующее положение в технике радиосвязи.
На данный момент SDR технологии являются самыми инновационными среди приемопередаточных радио-устройств. Компоненты для цифровой обработки сигналов, аналого-цифрового и цифро-аналогового пре-
образования 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. Ефремов И.А. «Проектирование широкополосного приемника»
2. Кондратьев А. «Технология SDR: опыт коммерческого использования в России».
3. Маковий В.А. «Цифровая коррекция комбинаций в SDR радиостанциях» .
4. Анцев Г.В., Миронов О.С., Сарычев В. А. «SDR и теория радиолокационного канала».
5. Gerald Youngblood «A Software-Defined Radio for the Masses».
6. Галкин В.А. «Основы программно-конфигурируемого радио».
7. Руднев П. «Технологии sdr на службе у разработчиков систем».
8. 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.
9. Лысенко А.В. Краткий обзор методов имитационного моделирования / А.В. Лысенко, Н.В. Горячев, И.Д. Граб, Б.К. Кемалов, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2011. № 14. С. 171-176.
10. 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.
11. Хоруженко О. В. Метод обнаружения ошибок в каналах передачи данных телекоммуникационных систем / О. В. Хоруженко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2 012. Т. 1. С. 282 .
12. 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.
