软件定义无线电如何能彻底改变无线
Win7之家 2022-09-30

1976年,两个毛茸茸的头发的大学辍学生创办被称为苹果公司生产的个人电脑公司。该公司的前景看起来那么差的第三个联合创始人放弃为800美元,同年他在该公司10%的股份。它根本并不清楚为什么会有人希望苹果公司的我的电脑。这是供电不足,许多已经在市场上的大型机和小型机的功能,它不能执行。大多数消费者在自己家中的电脑有没有兴趣。

今天,当然,苹果公司是世界上最大的公司市值。什么是重要的苹果,我是不是原始版本的微薄的能力,但它在未来的几十年里举行的快速创新的承诺。

现在,每恶习一家名为希望做的是苹果没有计算为无线通信。它是卖软件的定义无线电齿轮称为披认为,像苹果我,是可能以小利息以普通消费者的是(甚至一度售价在同一的苹果我,666.66美元点,但此后一直放在750美元)。但是,设备和其他类似的,有可能改变无线产业。这一次,将取决于黑客启用无线电信号处理软件中的革命。

软件定义无线电的通用性

传统的射频芯片是硬有线通信使用一个特定的协议。例如,一个典型的手机有几种不同的芯片来处理各种无线电通讯:谈手机天线塔,另一联系WiFi基站,接收GPS信号第三,第四与蓝牙设备进行通信。相比之下,软件定义的无线电硬件与原始的电磁信号,依靠软件来实现特定的应用程序。

这使得软件定义的无线电设备极其多才多艺。有了合适的软件,一个单一的软件定义的无线电芯片可以执行所有这些在您的手机,除了许多其他特殊用途的射频芯片的功能。它可以录制调频广播和数字电视信号,读取RFID芯片,跟踪船舶位置,或做射电天文学的原则,它可以同时执行所有这些功能。软件定义的无线电硬件,也使快速原型新的通信协议。

软件定义的无线电将有可能在根本上新的方式使用电磁频谱。大多数无线电标准,今天被设计为使用一个固定的,窄频带。相比之下,软件定义的无线电设备,可以调成许多不同频率的同时,使得通信计划,那会不会是与传统的无线电设备是可行的。

最显着,广泛采用的软件定义无线电硬件可能破坏FCC的电磁频谱本身的控制。现在,FCC,主要侧重于传输频率的无线电硬件的限制。但这种监管方法是软件定义并不局限于任何特定频率的无线电设备可能不佳。

电波有效放松管制可能造成头痛,粗心爱好者的污染带已为其他应用程序保留的频率。但它也可能迎来一个前所未有的无线电创新的时代,数百万的人有机会,直到最近的专属领域,资金雄厚的工业实验室与技术实验。

先驱

自成立以来,软件定义无线电有政治意味。十年前,一些早期的软件无线电爱好者成为“广播标志”,然后在华盛顿的辩论肆虐的兴趣。好莱坞想迫使消费电子企业在高清晰度电视节目,将标志着消费者被允许做电视内容的元数据的检测和遵守。

埃里克开花,称为GNU Radio的一个软件项目的创始人,希望在软件中实现高清晰度电视接收机,并释放它作为开源将证明这种做法是徒劳的。他认为,即使政府强迫他的项目,以实施“广播标志,任何人都可以调整源禁用广播标志代码,然后重新编译它。

Ettus说用于建设的ATSC接收机的硬件“是不是别人可以出去买。” 此外,它“不能很好地为我们做什么。” 它只能捕捉窄谱片:至多100千赫。这是足够的法律和秩序的重播,但Ettus认为要充分发挥软件定义无线电技术的全部潜力,将需要更好的硬件。

“要做到更有趣的事情,你需要更多的硬件,Ettus说。” 他想捕捉的频率范围更广。他想等先进功能,如能力,同时处理多个天线。

USRP

“我走了很长一段时间,试图说服别人来建设这件事情,没有人会”,Ettus告诉我们。因此,在2003年,他开始成为通用软件无线电外设(USRP)的工作。在2004年,他辞去他的工作,作为对传统的无线电产品的工作把重点放在USRP的专职工程师,他的第一台机组于2005年1月1日出货。

今天,Ettus研究建立了一个专门设计的软件定义无线电设备的范围。工作USRP的系统来分为三个部分:主要USRP的框,一个RF子板,以及一台电脑。该子板处理实际接收的无线电信号,和模拟信号传递到主USRP的单位。ettus向我们解释,从那里发生的事情。

“首先,它的模拟信号向数字转换成数字信号发送到现场可编程门阵列FPGA的高速加工,用户可以对它进行修改,并提出各种各样有趣的事情,在那里所有。最基本的配置,FPGA降低采样率,做了一些频率转换,然后发送“到CPU接口。

USRP的连接到电脑的接口是最主要的区别于对方的各种USRP的车型。最便宜的模型(费用650元),提供了一个相对缓慢的USB连接用户的计算机中的数据。最昂贵的模型(耗资1700美元)有一个千兆以太网接口。在此期间,该公司提供“嵌入”模型,其中包括一个内置的CPU能够运行一个完整的Linux发行版,这使得它能够作为一个单独的设备。

每个RF子板设计用于接收不同的频率范围。“我们需要很多不同的子板,涵盖了一个有趣的频率范围内,”他告诉我们。“当我们刚开始的时候,你只能得到几百兆赫不俗的表现,但由于技术先进,我们已经得到了更广泛的新的和较新的子板。”

Ettus说USRP的最有趣的应用之一,一直为开源手机电话。用户已经配置USRPs提供GSM移动电话服务,部署“在许多地方,从燃烧的男子在太平洋的小岛屿。” USRP的可编程性,使得它比传统的蜂窝齿轮多才多艺,是不寻常的环境的理想选择。

无线网络安全的研究是另一个USRP的关键应用。例如,一个研究小组使用USRP的发现,在一个商业上可用的心脏起搏器的无线通信协议的安全漏洞。“如果你想确定无线安全性,您需要能够发送那些有趣的数据包的设备,”他说。“你需要完全控制你发送的数据包,您需要检查接收到的数据包在一个基本水平。” 传统的无线硬件无法比拟的灵活性,这种应用软件定义的无线电硬件。

一个新的挑战者

到目前为止,USRP的主导的软件定义无线电世界。但是,可以改变与披每恶习从Y Combinator的启动,新设备的引进。ARS谈到联合创始人维克多Wollesen。

“USRP的是一个伟大的产品,这是我们真正开始我们的原型的努力,”他告诉我们。“USRP的第一带来的成本下降的地步爱好者和学术界人士能够开始播放与无线设备。”

但他表示,披有几个关键的优势。首先,它实现为一个PCI Express卡,可提供高达8Gbps的带宽的CPU。wollesen说,该接口是不是一个性能瓶颈的速度不够快。

其次,披的是一个单一的集成包。被设计为高度可配置的USRP。正如我们所看到的,这意味着用户必须购买单独为他们在接收或发送感兴趣的特定频率范围的子板。

相比之下,Wollesen说,他的投球给用户的是“这里有能力,这里的建筑,我们会为您提供。” 披略小于USRP的多才多艺,但减少了设备的复杂性使得它更容易上手经验不足的用户。

容易像Rails

也许USRP的披之间最根本的区别是目标市场。ettus集中在相对复杂的客户服务。“你不会看到弗莱的百思买我们的东西,”他告诉我们。

相比之下,希望每恶习,给群众带来的软件定义无线电的好处。他提请相似之处树莓PI和Arduino的都便宜,简单的设备,已被证明与爱好者广受欢迎的。

750美元,只要披成本最便宜的加的子板USRP的捆绑Ettus研究提供。它还拥有一个更快的接口。和Wollesen希望在未来几年内实现大幅降价。“天文数字般的价格下降与规模,”他告诉我们。

由于成本披下来,他希望有更多的人将成为尝试用软件定义无线电感兴趣。“我们希望人们能够设计与建设一样轻松射频协议的Rails应用程序”,他说。

最终,Wollesen设想在未来,每个家庭有一个软件定义的无线电设备。“我们看到我们的设备被用来作为一个中心,就是能够采取任何无线信号的过程中,并重新包。一个普遍的路由器,”他说。

“如果我是要告诉你,你需要一个Word文档一台笔记本电脑,另一个用于电子邮件,另一个纸牌的,是1的观点荒谬点。然而,这正是什么你在无线看到现在,”他告诉我们。“我们正在努力倡导一种经济的平台,做同样的事情,做的第一微机。”

软件定义无线电的硬件,他说,提供“应用程序可以利用的内在能力。我们的设备,装上一个软件可以取代路由器,手机,基站,或车库门开启。”

眼下,大多数人可能无法想象,为什么他们想要在自己家中的软件定义的无线电硬件。但人们说,大约在20世纪70年代的微机同样的事情。

聪明的频谱使用

经营作为一种普遍的枢纽,是一个可能的应用软件定义无线电。另一种是使用电磁频谱本身更有效。

汤姆回旋曲

汤姆回旋曲运行GNU Radio的项目,他从埃里克·桃花在2009年的工作。他还没有研究,软件定义无线电技术,在宾夕法尼亚大学。他向我们解释软件定义的无线电,可能导致更有效的频谱使用。

传统的无线电通信发生在狭窄,监管机构指定的固定频率带。例如,在美国ATSC电视广播,AM和FM无线电频谱块预留。这个相当官僚的方法不一定最有效地利用频谱。FCC已经有效地“砍掉块土地,没有人可以触摸,”龙多说。

他画了一个比较旧的分组交换和电路交换网络之间的辩论。电路交换电话网络提供呼叫者的带宽保证,确保高质量的服务。但对于许多应用这种方法是一种浪费,因为坐在专门能力未使用的大部分时间。回旋曲认为,一个共享的,尽力而为的方法可以导致更有效地利用可用带宽。

相同点适用于电磁频谱。我们已经覆盖的“白色空间”的建议,允许在未使用的频谱未经许可使用电视频段。但是,FCC最终批准的空白器件仍然相对“沉默”,决定哪些频率发送咨询集中的地理数据库。回旋曲认为,复杂的“认知无线电”的设备可以共享的电磁频谱,更有效地适应他们的环境和对方。

扩频

wollesen同意,他兴奋约相关技术称为“扩频。”

“率,您可以在哪些编码信息,它可以接收功率水平,和你所需要的频谱数量之间有一个权衡,”Wollesen告诉我们。他指出,全球定位系统作为一个例子:GPS卫星定位系统是非常。

遥远和发送一个相对较弱??的信号。而是因为他们在可预见的格式的数据传输少量,GPS硬件是能够重建的微弱信号。

wollesen告诉我们,而是比在窄幅高功率的频率传输数据,1软件的定义的无线电设备可以传输跨1的频率极宽的范围在低功率,如此低,它是潜移默化的常规无线电设备的数据在相同的频率运行。

wollesen认为,智能软件算法就能挖出这些微弱信号的噪声,更有效地比传统的无线电硬件管理。因为沟通可以同时出现在许多频率,整体数据传输速率可以是可敬的,即使在任何给定频率的功率水平低。

扰乱了FCC

鉴于在传统的监管类别,适合软件无线电如此糟糕,我们不知道如何像披设备可能在所有的法律。答案是,FCC的规定和其他国家免于许多的监管限制,适用于消费者的无线电硬件实验室设备相媲美的法规。USRP的披都采取豁免的优势。例如,披手册包括一个声明“工程,研究或科学实验室使用的设备,它是开放式办公或住宅用途。”

也,根据Wollesen的,规则是为低功耗设备,传输更多的宽容。“大多数监管力度集中在功率水平,”他告诉我们。,更繁琐的监管机构施加更强大的设备的传输。“我们旨在为我们的设备操作这些阈值以下,而不是在一个频率大声说,我们要发言多个频率。” 他希望,保持功率水平下,将“避免了大量的监管框架。”

坚持以低功耗应用,可能是一个很好的方式,以避免在短期内的监管头痛。但是,软件定义无线电技术越来越流行,会有一个软件定义的无线电设备,传输更高的功率水平的日益增长的需求。,这将构成一个真正的难题,为世界的监管。

到现在为止,如FCC的监管机构都依赖于一个事实,即传统的无线设备是硬有线传输仅在某些频率。通过检查设备,在他们离开工厂之前,监管机构可以确保每台设备停留在其指定的车道。

但是,软件定义无线电应用此模型是有问题的。FCC可能需要设备制造商出售锁定的编程只传输频率FCC认证的设备。但这种装置将是一个越狱社区多汁目标。和太多的锁定会限制硬件的效用。

海盗电台2.0

然后,从长远来看,软件定义的无线电硬件的蔓延可能削弱监管机构的权力,以控制电磁频谱。这不会是一个全新的发展。未经授权的广播电台已经存在只要电波得到调节。例如,在20世纪60年代,广播电台,在国际水域漂浮炮轰流行音乐进入英国国有垄断广播只提供编程当局被视为更有益健康。从这些海盗电台的压力催生了法律的流??行音乐介绍到英国的电波。

运行近海海盗电台是足够昂贵,当局最终能够关闭他们通过法律,切断流动广告收入下降。控制未经授权的传输可能是更大的挑战,在未来的每一个无线路由器和手机有一个软件定义的无线电芯片等待越狱。可以削弱政府的力量来控制电波在大致相同的方式,互联网,软件如BitTorrent,削弱政府的权力来控制版权作品的分布。

“如果你在网上看现在,4Chan不会消失,”Wollesen说,指的是网站,催生以匿名和其他闹事。“在同一时间,它已经没有拼写互联网的垮台,这是一个针对这些问题,使互联网更强劲的动力。” 他告诉我们,同样的自适应方法,将需要处理的软件无线电可以通过创建新的挑战。

幸运的是,软件定义无线电技术,将提供强大的工具来处理更无政府主义的电磁频谱。这将允许更大的能力,以适应或穿过杂波的智能收发器的发展。

更重要的是,软件定义无线电的潜力,在无线电技术创新的步伐大大加快。正如电脑迎来了在软件创新的速度急剧增加,因此,软件定义的无线电硬件扩散,将使更多的人来建立和实验与无线通信的新途径。

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