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    軟件定義無線電(SDR)技術發展歷史簡介

    2017-09-07 09:09:12 芯思維

    軟件定義無線電(SDR)不是新技術,已為很多的無線設備(除了制造低成本基于ASIC的低功耗設備,如智能手機和平板電腦)廣泛所采用。自SDR首次提出以來已有30多年了,下面簡單介紹下在SDR三十年演進歷史中的主要事件。

    ▌1984年 E-System創造出“軟件無線電”術語

    E-Systems,就是現在的雷神,在一份公司的新聞稿里創造了“軟件無線電”一詞。它提到了一個數字基帶接收機原型,配備了處理器陣列,處理寬帶信號的干擾消除和解調的自適應濾波。

    ▌1991 SPEAKeasy

    第一個軍事計劃是DARPA的SPEAKeasy,專門要求用軟件來實現物理層組件的無線電功能。最初美國空軍的首要目標是單臺無線電可以支持十種不同的軍用無線電協議并工作在2MHz和2GHz之間任意頻率。第二個目標是并入新協議和調制的能力,從而可以適應未來的無線電硬件。從DARPA的描述來看,“SPEAKeasy是企圖創建無線電世界的PC”。

    ▌1992 Joseph Mitola在IEEE發表了軟件無線電論文

    Joe Mitola在1992年 IEEE 美國電信系統會議 (National Telesystems Conference)上發表了關于軟件無線電的論文 - “Software Radio: Survey, Critical Analysis and Future Directions”。許多人將其稱為軟件無線電教父,Miltola也被認為創造了”軟件無線電“一詞的人,盡管E-Systems先用了。 E-Systems原型機僅僅是一個接收機,因此不是一個完整無線電。后來,1998年Mitola又提出了“認知無線電”概念,無線電可以意識到其頻譜環境,并根據需要智能適應。

    ▌1996 SDR論壇創立

    1996年,致力于SDR的第一個行業協會成立 - “模塊化多功能信息傳輸系統(MMITS,The Modular Multifunction Information Transfer System)論壇”。1998年變成了SDR論壇,在2010年又成為了無線創新論壇。 論壇由來自政府、行業和學術界的人員和組織組成,推進發展SDR相關技術為目標。 它組建了多個工作組和委員會,以激勵和引導創新和標準。

    ▌1997 JTRS創立

    JTRS是Joint Tactical Radio System (聯合作戰無線系統)的縮寫,由美國國防部創建,通過抽象層和接口的標準化和定義提高互操作性和博興可以移植性,稱為軟件通信架構(SCA, Software Communication Architecture)。數十億的計劃雄心勃勃,在經歷了困難、延期和成本超支之后,于2011年被美國國防部副國務卿正式取消了該計劃,認為產品和技術不可能滿足既定的要求。然而,它卻極大地促進了SDR數十年的發展進步。 像Rohde & Schwarz、Thales和Harris等設備制造商已經在部署符合SCA的無線電。 此外,歐洲防務局設立了歐洲安全軟件定義無線電(European Secure Software Defined Radio,ESSOR)計劃,繼續JTRS SCA的工作。

    ▌1998 嵌入式SDR自動代碼生成

    Nutaq(后來的Lyrtech)與MathWorks合作創建了第一個開發環境,可以從TI DSP和Xilinx FPGA的仿真模型直接生成可執行代碼。 這一創新解決了開發人員和研究人員一個大難題:為嵌入式處理器寫代碼。DSP和FPGA配置在SignalMster的板上,與A/D和D/A模塊連接,是實驗室和大學搭建原型首批商業化的SDR開發平臺之一。

    ▌2001 GNU Radio

    由MIT的一個PSpectra框架演變而來,GNU Radio由Eric Blossom創立,Sun Microsystems的員工John Gilmore資助。 GNU Radio是PC環境開發SDR應用的開源框架。 截至2012年已擁有5000多個用戶,是目前最流行的SDR開發工具。 齊全的波形支持,如P25、802.11、ZigBee、藍牙、RFID、DECT、GSM,甚至是LTE(仍在進行中)都可以從存儲庫下載并運行在任何的x86系統上。

    ▌2004 FCC首次批準商業化SDR

    Vanu公司的Anywave基站成功地通過了FCC( Federal Communications Commission,美國聯邦通訊委員會)認證。Anywave是一個能夠同時運行GSM和CDMA兩個運營商的雙?;?,所有協議層在x86 CPU上運行。Vanu公司是由Vanu Bose創立,MIT Pspectra框架的主要貢獻者。

    ▌2004 PHY處理器

    Picochip(現在的 Mindspeed Technologies)推出了PC102,專為PHY處理(通常稱為基帶處理器)而設計的處理器。PC102針對3G基礎設施市場,有308個處理單元,14個專用協處理器(加速器)和能處理MAC層以及其他協議的單元。PC102板子大大減少了無線設備的尺寸、成本和功耗。Picochip是新一代專業處理器的發起者。它為新的玩家鋪平了道路,如Octasic的24核OCT2224W和Coherent Logix的HyperX系列,促使傳統供應商提出SDR優化的架構,產生了TI的Keysto系列和Freescale的QorIQ。

    ▌2006年 TI和Xilinx一起推動嵌入式SDR開發

    Texas Instruments和Xilinx與Nutaq(后來的Lyrtech)一起合作,創建了第一個完全集成獨立的SDR開發平臺。 它配備了一個ARM、一個DSP、一個FPGA和一個可調的前端,頻率從200 MHz到1 GHz。 該平臺比鞋盒小,而且可以由電池供電,這為SDR走出實驗室的應用和實驗開辟了新的可能性。

    ▌2008 Sandbridge Technologies推出基帶處理器

    Sandbridge Technologies推出了SB3500基帶處理器,能夠在任何通用的多模、多功能移動平臺所需的無線協議上運行。其架構創新為當今使用或為今后開發的任何無線協議提供可升級的性能,包括LTE、HSPA、3G WiMAX、Wi-Fi、DVB-H、GPS以及所有多媒體格式。2011年 Sandbridge Technologies公司被無錫德思普公司所收購。

    ▌2009 第一款商用單芯片射頻前端

    Lime Microsystems公司推出了射頻集成電路(RFIC)LMS6002。 隨后又推出了LMS6002D,已集成了數據轉換器。 RFIC在400 MHz和4 GHz之間任意可調,支持高達28 MHz帶寬,并提供一個可選的16位基帶濾波器組。 此后,其他芯片廠商也開始提供RFIC解決方案。

    ▌2015 微軟研究院軟件無線電項目Sora開源

    2015年微軟研究院軟件無線電項目Sora(Microsoft Research Software Radio)正式通過GitHub開源。Sora的軟硬件平臺的創新使得它可以在PC上完成高性能的無線信號處理。

    華為、中興早在一些網絡基礎設施上采用了SDR技術。2015年聯芯發布的28nm SoC智能手機芯片平臺LC1860直接讓SDR技術應用到了小米公司的紅米2A。SDR在手機上的成功應用,也意味著一個無線新時代的到來。SDR正在逐步應用到更多的產品和領域,芯片技術的發展是SDR技術發展的推動力。SDR可以支持無限量的通訊協議和多媒體應用,這得益于SDR芯片的計算能力。物聯網、5G等網絡的發展會給SDR帶來新的發展空間。而近幾年發展起來的“異構系統架構”(HSA,Heterogeneous System Architecture)技術的將會為SDR技術發展注入帶來新的活力。

    最后,看一看NI公司對SDR的發展的描繪:

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