軟體定義無線電(SDR)過去是比較少有的舶來品。不過現在，大多數現代無線電都採用軟體定義無線電的架構和技術。隨著每年IC和其他技術的不斷進步，SDR的性能和應用範圍都在與日俱增。事實上，認知無線電(CR)等新興技術的出現，為SDR在無線通信領域大顯身手創造了條件。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/266502.htm什麼是軟體定義無線電
軟體定義無線電使用軟體來執行接收器和發射器中的部分信號處理任務。例如，採用隨處可見的超外差架構的傳統接收器通過基本電路(圖1a)執行所有的信號處理任務。這種超外差架構將輸入信號通過降頻轉換成中頻(IF)信號，以便進行解調和其他處理。
圖1：常見的傳統無線電接收器(a)將標準模擬超外差架構與執行所有功能的模擬電路配合使用。高級超外差接收器(b)將數字解調技術與DSP配合使用。
早期的軟體定義無線電接收器(圖1b)在中頻級之後用模數轉換器(ADC)替代了解調器，並在數位訊號處理器(DSP)中執行解調和部分濾波工作。如今，由於ADC採樣速率的提高，DSP可以處理更多的功能。
要使DSP工作，信號的振幅和相位必須是已知的，從而催生了一種將接收到的信號分至兩個通路的架構，一個通路產生同相(I)信號和一個通路產生90°相移正交(Q)信號。基本載波信號具有以下形式：
V = Ac cos(2πfct +φ)
其中，fc是載波頻率，φ是相位，Ac是載波振幅。這些參數中的任何一個參數都隨調製方式的不同而有所不同。對於數字領域中的解調而言，單信號對於現有的算法來講是不夠的。因此，經過調製的信號被轉換成I信號和Q信號：
V = I(t) cos(2πfct) + Q(t) sin(2πfct)
正交信號的任何振幅、頻率或相位變化都可以檢測到，並用於解調或其他過程中。
圖2是一個現代I/Q軟體定義無線電接收器的框圖。低噪聲放大器(LNA)一般會增強來自天線的輸入信號，然後該信號再被施加至兩個混頻器。混頻器逐步產生I信號和Q信號。兩個混頻器都從鎖相環(PLL)頻率合成器中接收本振(LO)信號。請注意LO信號與兩個混頻器之間的90°相移。
圖2：現代軟體定義接收器採用I/Q架構將信號分成兩個正交通路。需要I和Q通道通過數位訊號處理算法恢復各種類型的調製。
LO頻率被設置成信號頻率，因此在不調製的情況下混頻器的差分信號為零。進行調製時，差分信號為基帶信號或原始調製信號。這種架構被稱為直接轉換或者零中頻。
基帶信號在低通濾波器中進行濾波以消除混頻器輸出端的和分量之後，此信號在一對ADC中被轉換成數位訊號。然後數字基帶信號通過數字下變頻器(DDC)的處理，降低採樣速率，以便能夠與數位訊號處理電路兼容。然後數位訊號處理電路根據應用的要求，同時使用I信號和Q信號進行解調、均衡和額外的濾波。
在現代軟體定義無線電發射器中，DSP調製器將要傳輸的數據劃分成I信號和Q信號，並將這些信號饋至數字上變頻器(DUC)，以提高其採樣速率(圖3)。I信號和Q信號接下來會被發送至數模轉換器(DAC)，從而產生最終的基帶信號。然後這些基帶信號會進行低通濾波，並被發送至混頻器，混頻器將該信號升頻至最終的發射頻率。該信號最後會發送至功率放大器，然後再施加至天線。
圖3：在SDR發射器中，調製是在DSP中進行的。然後，I/Q架構產生兩個正交信號，這兩個正交信號合併在一起，然後升頻至最終的頻率以便進行傳輸。
所有的現代軟體定義無線電收發器都採用這裡所示的接收器和發射器電路的某種基本變體。當然，隨著ADC和DAC採樣速率的日益增加，數字處理越來越向天線靠近。最終的接收器會成為天線端的一個濾波器，以限制帶寬和LNA，然後再進行快速的ADC處理(圖4)。然後，DSP執行解調和濾波等所有的其他處理。覆蓋頻率高達30MHz的商用業餘無線電和短波接收器已經開始使用這種先進的架構。
圖4：最終的SDR接收器僅採用一個輸入帶通濾波器、一個ADC和一個DSP。所有的解調、濾波和其他功能都在DSP中進行。
以下的許多功能現在都是以數字方式執行的：
濾波(低通、高通、帶通和帶阻)、調製(AM、FM、PM、FSK、BPSK、QPSK、QAM、OFDM等)、解調、均衡、壓縮、解壓、頻譜分析、預失真。
新的調製方式和相關過程通常被稱為波形。通過更改波形軟體，用於像FM語音這樣的單個應用的無線電可以針對具有不同協議的不同頻率上的高速數據重編程序。
軟體定義無線電的優勢在於硬體越來越簡單。標準RF電路得到了最大限度的縮減，從而保證了低IC成本。DSP軟體提升各種功能(比如濾波器)的性能，從而實現比同等模擬電路更好的性能。數據信號處理還可以對RF器件的某些不足進行補償。
此外，重編程序可以提供各種靈活性，包括修正錯誤、增加新功能、包含升級的操作以及提升性能等。可以通過軟體快速更改具有靈活設計的軟體定義無線電，從而整合新的調製方式、新協議以及一般需要新硬體的其他重大調整。
軟體定義無線電的不足之處在於軟體複雜性、開發成本和開發時間、某些應用的頻率範圍有限以及往往較高的功耗。
軟體定義無線電的硬體
軟體定義無線電需要快速ADC、DAC和DSP。多年來，ADC的採樣速率一直都在與日俱增，現在已經達到了千兆赫的水平。許多軟體定義無線電採用低中頻架構和ADC，將許多100 Msamples/s的採樣速率提升至幾百Msamples/s，甚至更高。