СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №8/2016

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 66 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2016 Программно-конфигурируемое радио набирает обороты Статья посвящена SDR-системам, которые получают всё большее и большее распространение. В профессиональной сфере они используются для военного и специального применения при организации связи в различных сетях (GSM, Tetra, Wi-Fi, Wi-Max), а также для оказания беспроводных услуг, так как позволяют обслуживать большое количество протоколов. Помимо этого, данная технология набирает популярность у радиолюбителей, благодаря появлению на рынке дешёвых и доступных SDR-приёмников (SDR-RTL). Александр Тумачек, Дмитрий Кругликов (Москва) В ВЕДЕНИЕ Изобретение транзисторов, несколь- ко позже интегральных схем, привело к тому, что во второй половине XX века во всех основных элементах тракта радиоприёмных устройств (РПУ) элек- тронные лампы были заменены полу- проводниковыми приборами. Исполь- зование новых электронных элементов значительно упростило производство РПУ, в десятки и даже сотни раз умень- шило их массу, габариты и энергопо- требление, а также существенно повы- сило их надёжность. В это же время развивались методы цифровой обработки сигналов (ЦОС), позволявшие выполнить над сигналом, представленным отсчётами в цифро- вой форме, практически любые мате- матические операции. Операции филь- трации, экстраполяции, интерполяции, быстрого преобразования Фурье и дру- гие стали легко реализуемыми. Цифро- вые методы позволяли применять слож- ные алгоритмы цифровой обработки сигналов, а технология производства интегральных схем с высокой степенью интеграции давала возможность созда- ния дешёвых и надёжных устройств. В середине 1970-х гг. слова извест- ного английского физика Дж. Берна- ла «Радиотехника – это эксперимен- тальная математика», сказанные им в 1950-х гг., из яркой фразы превра- тились в содержательное утвержде- ние [1]. Любой сигнал мог быть пред- ставлен отсчётами в цифровом виде, затем обработан в соответствии с реа- лизованным алгоритмом в программе на вычислительном устройстве – про- цессоре или микроконтроллере. Так начался новый этап эволюции РПУ: появились цифровые радиопри- ёмные устройства – по сути, специа- лизированные электронно-вычисли- тельные машины (ЭВМ), в которых аддитивная смесь сигнала и помех на радио или промежуточной частоте под- вергалась аналого-цифровому преоб- разованию (АЦП), а вся последующая обработка (фильтрация, демодуляция, декодирование, оценка параметров сигнала и т.д.) выполнялась в цифро- вой форме [2]. Новое поколение циф- ровых устройств было гораздо удоб- нее и эффективнее систем аналого- вой обработки. Они позволяли решать важные практические задачи, которые с трудом реализовывались в аналого- вой технике. Стабильность параме- тров, точность выполнения операций над цифровым сигналом, возможность реконфигурирования схем и унифи- кация узлов обработки стали неоспо- римыми преимуществами цифровых устройств перед аналоговой техни- кой, определив дальнейшее направле- ние развития отрасли. Бурное развитие телекоммуникаци- онных технологий, техники связи, фир- менных технологий и устройств приве- ло к появлению большого количества видов протоколов и стандартов обору- дования. Зачастую разные производи- тели выпускали оборудование, рабо- тающее по одним и тем же стандартам и протоколам, но не совместимое меж- ду собой. Как правило, производители преследовали цель монополизации рынков. Фирменный стандарт требовал фирменного оборудования, и крупные компании продвигали свои стандарты на мировом уровне. Внедрение цифро- вых технологий обеспечило возмож- ность реконфигурирования имеюще- гося приёмного оборудования. А при- менение универсальных цифровых платформ избавляло от необходимости адаптации системы под конкретного производителя. Так появились универ- сальные модемы, в которых изменени- ем прошивки можно было обеспечить совместимость с тем или инымфирмен- ным протоколом или оборудованием. Модемы обеспечивали не только совме- стимость оборудования, но и выполня- ли более сложнуюфункцию– адаптив- ную коррекцию канальных искажений [3]. Модемы умели адаптироваться под разные каналы передачи данных с раз- личными характеристиками и каче- ством исполнения. В задачу модемов входило обеспечение гарантирован- ной передачи данных на максималь- ное расстояние при максимальных скоростях с минимальными затрата- ми энергии, при этом инфраструктура сетей передачи данных была далеко не совершенна. Медная витая пара остава- лась основным видом проводной свя- зи ещё с 1900 г. Без адаптивной коррек- ции искажений в линии связи работа на высоких скоростях в условиях «медной» инфраструктуры была бы просто неосу- ществима. А настройку под линиюнель- зя было реализовать без реконфигури- руемой приёмной системы. Термин Software Defined Radio (SDR) был придуман в 1984 г. командой раз- работчиков подразделения компа- нии E-Systems из города Гарланд, шта- та Техас (позже компания стала назы- ваться Raytheon). Была опубликована статья про цифровой приёмник с реа- лизованными программно-определяе- мыми блоками компенсации межсим- вольной интерференции и демодуля- ции сигналов, с цифровым фильтром с тысячей отводов в линии задержки (см. рис. 1). Такой приёмник был реа- лизован на массивно-параллельном процессоре с разделяемой памятью [4]. На сегодняшний момент под тер- мином SDR понимают программно конфигурируемую (определяемую) систему – радиопередатчик и/или радиоприёмник, позволяющий при помощи программного обеспечения менять рабочие параметры системы: тип модуляции, рабочий диапазон