Idea SDR zmieniła trwale radiokomunikację

Pomysł opiera się na tym, aby zamiast obrabiać sygnał wysokiej częstotliwości za pomocą systemu filtrów, przemian częstotliwości, demodulatorów, detektorów, jak najszybciej poddać go digitalizacji i do wymienionych operacji zaprząc oprogramowanie, w tym aparat matematyczny, który dała nam teoria sygnałów. Ale rozwój SDR przez lata blokowała technologia: mało wydajne przetworniki ADC i procesory za słabe do obrabiania sygnału w czasie rzeczywistym. Konieczne było użycie wstępnych mieszaczy po to, aby obniżyć częstotliwość użyteczną do zakresu wejściowego przetwornika oraz szybkich DSP i FPGA do wspomagania obliczeń.

Przez lata komunikacja radiowa bazująca na SDR była awangardą i ograniczała się do wybranych zastosowań, dzisiaj stała się codziennością i jak się okazuje, coraz trudniej znaleźć urządzenie komunikacyjne, które nie jest typu SDR. Wszystkie masowo produkowane moduły do komunikacji bezprzewodowej, aparatura pomiarowa do pracy w zakresie w.cz., Bluetooth, Wi-Fi, czy też rozwiązania komórkowe, wszystko bazuje na oprogramowaniu. Nowe chipy, takie jak popularne mikrokontrolery z wbudowanym transceiverem też są definiowane programowo.

Pojawienie się na rynku wydajnych przetworników zdolnych do próbkowania sygnału w gigabitowym tempie, wymiotło z rynku wojskowego i lotniczego wszystkie rozwiązania tradycyjne, a więc z torem analogowym. Dzisiaj jest to już nisza, którą zajmują się chyba tylko krótkofalowcy. Inwazję radia programowanego napędzają niskie ceny takich rozwiązań, dostępność gotowych platform i dopracowane oprogramowanie. Za drobną sumę można kupić "pustą" platformę sprzętową z pasmem do 1,7 GHz (np. RTL2832U opracowany pierwotnie dla odbiorników DVB-TV), do której da się załadować z peceta kod open-source z GNU Radio przekształcający ją w praktycznie dowolny odbiornik albo analizator widma. Są też inne rozwiązania: HackRF One, BladeRF czy LimeSDR, podobnie jak można też kupić software komercyjny, np. SDR Sharp. Strojenie filtrów w torze pośredniej częstotliwości, to już zamierzchła historia.

Radio programowalne jest szczególnie użyteczne w szybko rozwijających się systemach, które często podlegają unowocześnianiu i zmianom techniki nadawania, na przykład w sieciach komórkowych lub wojskowych. Taka elastyczność jest bardzo pożądana, bo pozwala sprzedaż produkt zanim zostanie zatwierdzony standard lub z czasem dokonać rozszerzenia funkcjonalności za pomocą aktualizacji oprogramowania, w tym sprzedać licencję na dodatkowy protokół.

Dominację SDR w radiokomunikacji pogłębia to, że dzisiaj komunikacja stała się bez wyjątku cyfrowa, a więc zawsze gdzieś pojawia się konieczność dekodowania danych wymaganego przez protokół. Techniki transmisji wieloantenowej (MIMO), modulacje amplitudowo-fazowe, konieczność szyfrowania transmisji, a także ochrony danych przed przekłamaniem za pomocą nadmiarowości, także wymuszają obecność procesora i oprogramowania we współczesnym odbiorniku. W takiej sytuacji najlepiej sprawdza się całkowite przejście na domenę cyfrową z jak najwcześniejszą digitalizacją sygnału.

W technice SDR budowane są nie tylko urządzenia radiowe, ale także urządzenia pomocnicze, jak symulatory GNSS, analizatory protokołów, czytniki RFID. Obróbka za pomocą oprogramowania sprawdza się także doskonale, gdy sygnał użyteczny jest na poziomie szumów i aby go wyodrębnić wykorzystuje się programową analizę statystyczną, np. w radioastronomii.

Idea radia o funkcjonalności zdefiniowanej przez oprogramowanie zmieniła całkowicie radiokomunikację, niemniej stało się to głównie w ostatnich dwóch dekadach, gdy gwałtowny rozwój możliwości elektroniki cyfrowej umożliwił praktyczną realizację wielu jej elementów, rozważanych dotąd jedynie w teorii. Bez tego SDR pozostałaby jeszcze jedną ciekawostką.

Robert Magdziak