圖1. 一般的SDR接收器。

要建立可配置的、寬帶的、高靈敏度的甚至是防彈的RF前端，是事情變得復(fù)雜的開始。ADI公司RF和無線系統(tǒng)的商業(yè)研發(fā)主管Doug Grant說：“即使關(guān)注的是小信號(hào)，也必須提供非常大的數(shù)據(jù)處理能力。當(dāng)?shù)玫讲煌瑤挼男盘?hào)時(shí)，要既能看到最寬的帶寬又能看到最窄的帶寬，并能容納足夠的動(dòng)態(tài)范圍。這最終歸結(jié)回功率，因?yàn)橐玫綄挼臒o線前端動(dòng)態(tài)范圍，勢(shì)必就會(huì)增加功耗。”如果前端被一個(gè)大的帶外信號(hào)損壞了，再多的下級(jí)濾波器都無法糾正。Grant說，“功率問題被一致歸結(jié)為研究SDR的任何方法都面臨的最大障礙。”
在理想的SDR系統(tǒng)中，射頻RF前端的輸出在處理之前將直接進(jìn)入ADC。然而ADC是SDR所面臨的主要挑戰(zhàn)之一。在1GHz時(shí)，ADC的動(dòng)態(tài)范圍的上限是20位或120dB。頻率更高的時(shí)候，問題變得更有挑戰(zhàn)性，因?yàn)锳DC的采樣率要滿足奈奎斯特采樣定律，必須至少為最高頻率（fmax）的兩倍。因此，接收器一般將信號(hào)通過帶通濾波器去掉不需要的信號(hào)，再通過外差將信號(hào)頻率降至ADC能夠處理的范圍。然后將信號(hào)通過低噪聲放大器（LNA），進(jìn)入ADC。具有多RF前端和天線的超級(jí)外差接收器很可能一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)。

圖2. SDR的軟件控制任務(wù)。

純粹的數(shù)字RF結(jié)構(gòu)，比如TI公司的數(shù)字射頻處理器（DRP），在天線上裝有ADC，其余所有的事情都有DSP來完成。由于從RF電路中消除了模擬部分，這種結(jié)構(gòu)需要高寬帶的Σ-ΔADC和非常快的DSP，而這兩個(gè)部分的功耗都很大，因此這種方法更適用于基站，而不適于手機(jī)。

軟件處理
當(dāng)信號(hào)進(jìn)入數(shù)字領(lǐng)域，DSP引擎可以完成相當(dāng)大的處理量，包括處理不同的調(diào)制類型、信道存取、擴(kuò)頻處理、網(wǎng)絡(luò)界面定義、安全、波束形成、前向糾錯(cuò)和數(shù)字降頻/升頻轉(zhuǎn)換。

圖3. SCA的軟件體系結(jié)構(gòu)。

SDR的軟件結(jié)構(gòu)是由軟件通訊架構(gòu)定義的（SCA；如圖3所示），最初在20世紀(jì)90年代為美國(guó)軍方的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線通信系統(tǒng)（JTRS）而制定，其目的是希望讓所有的軍隊(duì)能夠相互實(shí)時(shí)的通信，得到彼此所在地區(qū)的火情、警力、救護(hù)車和林務(wù)人員的信息。（不論相信與否，他們沒能做到）。SCA是一個(gè)開放的結(jié)構(gòu)框架，它告訴設(shè)計(jì)者硬件和軟件單元是如何在JTRS SDR中協(xié)同運(yùn)行的。SCA的規(guī)范具體說明了能夠配置波形的軟件運(yùn)行環(huán)境，以及詳細(xì)說明了波形必須支持的界面。它還詳述了操作系統(tǒng)OS（POSIX）、中間設(shè)備（CORBA ORB）以及界面的框架。JTRS組和SDR論壇都在與對(duì)象管理組織的SWRADIO領(lǐng)域特別興趣小組合作，為基于SCA的SDR系統(tǒng)建立一個(gè)開放的國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，SCA事實(shí)上也成為了SDR的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
JTRS SCA 3.0 為信號(hào)處理子系統(tǒng)（SPS）增加了一個(gè)硬件抽象層（HAL）。SPS為SDR的OSI層1（調(diào)制解調(diào)器、擴(kuò)展、代碼）和應(yīng)用級(jí)功能塊（音頻、視頻）提供高速的計(jì)算。可以用DSP和、或FPGA的聯(lián)合來實(shí)現(xiàn)SPS。

SDR信號(hào)處理的需求

Xilinx和 Altera公司都提出：“數(shù)字信號(hào)處理”未必等同于DSP。高頻商業(yè)SDR接收器所需的信號(hào)處理事實(shí)上是令人生畏的（見表）。Xilinx公司的高級(jí)DSP市場(chǎng)經(jīng)理Manuel Uhm認(rèn)為：在控制功能塊中使用MCU，在低MIPS的應(yīng)用中使用DSP以及在高M(jìn)IPS的應(yīng)用中使用FPGA都是有意義的。Xilinx公司做出一套JTRS SDR工具，它將用于信息通過的包含RTOS的CORBA ORB，和加入SCA核框架的用于窄帶和寬帶波形的應(yīng)用層，還有物理層（EMAC、PHY、數(shù)字升或降頻轉(zhuǎn)換器）集成在一個(gè)“能實(shí)現(xiàn)SCA的SoC中”（aka Virtex-4）。

SDR目前的應(yīng)用
現(xiàn)在我們離理想的SDR還很遠(yuǎn)，但是商用的SDR已經(jīng)在多模基站上開始使用了，這些產(chǎn)品至少使用了部分的SDR技術(shù)。ADI公司的Grant說：“我們雖有所發(fā)展，但是必須限定對(duì)SDR的定義。如果是指可編程信號(hào)處理完成了除空間接口以外所有的解調(diào)、均衡和探測(cè)過程，那么我們已經(jīng)做到了。如果在定義中加入‘使用通用的無線電前端’，那么我們還沒有完成。”
第一個(gè)將FCC批準(zhǔn)的SDR基站市場(chǎng)化的公司是Vanu Inc。它在1994年建立了Vanu軟件無線通信GSM基站。Vanu公司采用了一種與眾不同的方法實(shí)現(xiàn)SDR：在使用通用CPU的電腦上運(yùn)行便攜式應(yīng)用軟件，完全由軟件來完成信號(hào)處理。Vanu公司的首席技術(shù)總監(jiān)（CTO） John Chapin說，“需要建立所設(shè)想的系統(tǒng)：真正增加的價(jià)值就是軟件。我們編寫了便攜式代碼，這些代碼無需太多花費(fèi)就可以移植到下一代的處理器上。” Chapin指出：使用Intel的處理器要比使用DSP或FPGA更為簡(jiǎn)單。Vanu公司的下一代Anywave GSM基站將在Intel 的Xeon雙核處理器平臺(tái)上運(yùn)行。
Mid-Tex Cellular公司是美國(guó)第一個(gè)基于SDR操作的手機(jī)運(yùn)營(yíng)商。Mid-Tex在HP的運(yùn)行Linux系統(tǒng)的ProLiant平臺(tái)上建立了Vanu公司的軟件無線電基站，這使得它在鄉(xiāng)村的800MHz的TDMA系統(tǒng)增加了處理GSM和WCDMA的能力。該軟件基站能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)空間標(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)態(tài)分配系統(tǒng)以支持2G和發(fā)展中的3G兩種標(biāo)準(zhǔn)。
此外，SDR在被動(dòng)RFID系統(tǒng)上得到了應(yīng)用。ThingMagic公司的Mercury4是一個(gè)多協(xié)議的RFID系統(tǒng)，它利用SDR技術(shù)可以同時(shí)讀取任何標(biāo)簽， 如EPC Class 1 和EPC Class 0標(biāo)簽、可重復(fù)寫入Class 0標(biāo)簽，ISO 18000-6B 和 UCODE EPC 1.19的標(biāo)簽。Mercury4的作用象一個(gè)路由器，將標(biāo)簽的信息傳入網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用軟件。這個(gè)系統(tǒng)更像是一個(gè)基站，而不是一個(gè)標(biāo)簽閱讀器。