SDR的技术原理介绍及案例分析

本文档通俗地介绍SDR的技术原理：先简单介绍SDR的概念，SDR系统的分类，基于GPP的SDR系统，接着详细介绍SDR系统原理，最后再以SDR LTE系统为例进一步解析SDR系统的工作流程。

一、软件无线电（SDR）概念

软件无线电，即Software Defined Radio，SDR。通俗来讲，SDR就是基于通用的硬件平台上用软件来实现各种通信模块。

概念中有两个关键词，“通用硬件平台”和“软件”。“通用硬件平台”就是说我们能基于这个硬件平台实现各种各样的通信功能，而不是说一个硬件平台只能实现一种通信功能。“软件”来实现通信模块是相对于传统的无线电技术来讲的，传统的无线电通信模块都是用硬件电路来设计，一个通信电路只能完成一种通信功能，开发周期长，开发成本高，而且一旦设计好后功能就无法改变。软件化可以加快通信模块的开发速度，降低开发成本，便于调试和维护。

我们可以用图1来简单看看软件无线电基站与传统的无线电基站的区别。图片左边的是传统的大基站，图片右边的是基于软件无线电的小型化基站。传统的商用基站体积较大，需要设计很多专用的硬件电路；而SDR基站体积较小，大部分通信功能由软件实现。

图1：商用基站与SDR基站

SDR技术被誉为通信领域的第三次革命。第一次革命是1G通信系统，由有线通信到无线通信的革命；第二次革命是2G通信系统，由模拟通信到数字通信的革命。SDR是未来通信系统的发展趋势。

二、SDR系统分类

比较通用的SDR系统分类是以SDR的硬件平台来分类。SDR系统分为三类：基于FPGA的SDR系统，基于DSP的是SDR系统和基于GPP的SDR系统。

2.1、FPGA-BasedSDR系统

基于FPGA平台开发的SDR系统，实时处理能力强，但是开发难度大，开发成本也高。这里强调一下在SDR系统中对实时处理能力要求很高，我们以LTE系统为例，LTE系统的子帧长1ms，也就是说我们的SDR系统必须在1ms内把这一子帧的数据全部处理完并发送出去，不能有任何时延。通信系统带宽越大，吞吐率越高，对系统的实时性要求就越高。

2.2、DSP-BasedSDR系统

基于DSP平台开发的SDR系统，实时性比FPGA略差，而且同样的开发难度大，开发成本也高。

2.3、GPP-BasedSDR系统

GPP即General Purpose Processor，通用处理器。我们可以简单的把GPP理解为电脑，即我们使用的台式机、笔记本等。基于GPP能高效地开发各种通信模块、通信系统，因为我们可以很方便的基于各种高级编程语言、各种链接库来实现各种通信功能，如编码、调制等。而且，基于GPP的SDR系统开发相比其他两种具有较低的开发门槛，较低的开发成本，开发周期也较短、便于调试等。GPP-Based SDR系统是目前最为通用的一种SDR系统实现形式。

GPP-based SDR系统通常包含两部分，一部分是GPP，另一部分是外设。下一个章节我们将介绍SDR外设的种类。

三、SDR系统外设

如图2所示，SDR基站/UE都各自包含一个GPP和一个外设。GPP即我们平常所用的台式机或笔记本电脑。SDR的外设有很多种类，如USRP，bladeRF，HackRF，以及低端的RTLSDR等。下面我们分别介绍各种外设的相关信息。

图2：SDR通信系统

3.1、USRP

USRP是Ettus公司的产品，目前主要有B系列，E系列，N系列和X系列等，基本上系列字母越靠后价格越贵。由于USRP型号太多，我们以B系列为例来介绍USRP。B系列主打小型化，目前有USRP B200/B210、USRP mini系列等，其中mini系列更是只有一张名片大小。而且B系列都采用USB3.0接口与GPP通信，直接采用USB供电，使用非常便捷。USRP B系列的产品大部分单价都在7000-8000块之间，但是如果加上税钱、运费等，差不多就得10000块了。USRP相关产品的介绍请链接官网https://www.ettus.com/product

图3：USRP设备

3.2、BladeRF

BladeRF主要有三种型号，BladeRF X40，BladeRF X115，BladeRF X115 Thermal。BladeRF X40 是低配版，就是我们手机里面的青春版，大概约$420，即3000块左右；BladeRF X115是高配版，FPGA比BladeRF X40好，价格约$650，即4500块左右；而BladeRF X115 Thermal则是顶配版，可以耐受极端环境，价格约$1500，即10000块左右。BladeRF的详细信息请查阅官网 

图4：BladeRF设备

3.3、HackRF