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软件定义无线电 SDR

传统的无线电设备通常使用特定的电路来对信号收发进行处理，因此当有新的需求时通常需要对电路进行修改，电路中的许多有源器件也会在处理过程中引入新的频率分量。 不过随着现代电子技术的发展，现代处理器的性能越来越强，这使得通过 ADC 和 DAC 直接处理信号成为了可能。由于信号的产生和解析全都交由软件处理，大大降低了硬件的复杂度，也提高了灵活性。

SDR 架构通常分为模拟和数字两个部分，其中与射频相关的部分为模拟部分，这部分主要是硬件，并仍然需要遵守传统的射频器件设计，而数字部分以软件为主。 两者的分界线就是模拟 / 数字转换器即 ADC 和 DAC，它的作用是采样模拟信号，将其转换为数字信号（通常是同向正交信号，即 IQ 信号），或将数字信号转换为模拟信号。

根据转换器位置的不同，SDR 架构可以分为三种采样类型：基带采样、中频采样和直接采样。

在基带采样中几乎全部射频信号处理都由电路进行处理，无需软件来进行调制或解调。将传统电台连接到电脑或手机的声卡就是基带采样的一个例子。 相对于其他两种采样模式，基带采样几乎没有 SDR 架构带来的优势，不过这种方式可以更好的重复利用老设备，而且对数字 / 模拟转换器的要求不高，因此大部分普通声卡都可以胜任。 另外，由于几乎不需要对射频部分进行处理，因此对处理器的性能几乎没什么要求。

中频采样由传统的射频电路将信号变频至中频频率，然后进行采样并由软件进行处理。 由于调制和解调部分都由软件实现，因此比基带采样获得了更多的灵活性。但受限于中频，因此频率变换仍然受到传统电路的限制。

有两种比较特殊的中频采样，即低中频和零中频，他们的特点是中频频率非常低，零中频甚至直接将中频降低到了基带频率上，其目的是省去中频镜像抑制和滤波器。 零中频在这一点上效果更好，但由于频率过低，因此直流电（即 0Hz）信号也会被一同采样而形成直流尖峰，需要额外的软件处理来减少其带来的影响。

直接采样中信号只通过滤波器和放大器，其余部分完全由软件进行处理。由于无线电信号的频率比较高，因此这种方式对数字 / 模拟转换器的性能要求很高。 相对的，直接采样可以带来最大的灵活性。例如使用直接采样架构的设备可以轻易的在许多频率中快速转换，以此来实现跳频扩频操作。

在同样的效果下，数字部分占据的处理环节越多，通常意味着 SDR 系统越强。但这并不意味着应该一味的使用数字处理来代替模拟部分。 例如许多干扰很难通过算法来进行过滤，如果没有强大的算法或性能支持，又不使用传统的滤波器来进行滤除，那么这些干扰将很难被清除。

SDR 设备

SDR 的数字处理设备不外乎几种，即使用传统的电脑或手机软件、使用小规模 FPGA 配合电脑、使用专用射频 FPGA 和使用微控制器几种方案。这几种方案的不同区别主要在于处理性能的不同，其他并无很大区别。 因此主要通过射频部分来对 SDR 设备进行分类。

由于 SDR 设备类型多种多样，因此在讨论中，它的意思需要根据上下文的关系来具体分析。 常见的 SDR 设备通常有如下类型：

电视棒接收机

大部分情况下，在没有上下文的时候提及的 SDR 通常就是指这一类设备，大部分都需要连接到电脑来进行使用。最为常见的是 RTL-SDR，它通常使用 R820T 调谐芯片和 RTL2832 解码芯片组成，可以在电脑上安装修改版的驱动来从 RTL2832 中提取大约 3MHz 带宽的信号。 RTL-SDR 通常无法工作在短波频段，不过如果改造线路绕过调谐芯片，则可以让 RTL2832 直接采样信号，虽然效果较差，但也是接收短波信号的一种方法。 此外，RTL-SDR 博客推出了名为 RTL-SDR Blog V4 的改进版，它内置了上变频器，使得 RTL2832 可以通过 R828D 调谐芯片来获得短波信号。

除了 RTL-SDR 外，还有一些同样基于电视棒接收器的 SDR，它们通常大幅度改进了 RTL-SDR 的缺陷。例如 Airspy 通过更换 RTL2832 芯片来获得更大的采样带宽、SDRPlay 则使用了 MSI001 调谐芯片和 MSI2500 采样芯片，MSI 的电视棒解决方案本就是 SDR 的，因此提供了更好的效果和更大的带宽。 另外还有使用 MSI001 和 STM32H7 的孔雀石收音机，它无需像其他电视棒接收机一样连接到电脑即可使用，而是直接通过微控制器来解码信号，可以作为独立的收音机来使用。

SDR 射频芯片

除了电视棒接收机之外，另外一大部分 SDR 设备则是指使用专门的 SDR 射频芯片所打造的设备，这些芯片将射频电路和 ADC/DAC 集成在一起，有些还具有简单的处理器。对于使用者而言，通常无需关心内部的架构究竟是中频或直接采样，直接使用即可。

常见的设备有使用亚诺德射频捷变收发芯片的 Pluto SDR、Jupiter SDR、USRP、BladeRF 及一众国产 SDR 开发板，使用变频器和亚诺德 MAX2837 的 HackRF，Lime 公司的芯片及其 LimeSDR 开发版等。

这些设备大多是为了作为射频开发设备所设计的，通常有着十分强大的性能，完善的文档和活跃的项目，但由于主要面向开发用途，因此也缺乏许多组件，例如缺少功率放大器，因此只能近距离使用。 由于现在的射频技术很少关注短波之类的频段，因此这些面向先进技术的开发版通常都倾向于放弃短波而倾向于支持 GHz 级别的高频段。

数字上下变频

直接采样

只要 ADC/DAC 的速率足够快，也可以不需要射频部分，直接收发信号，比如 AMD 和英特尔的射频 SoC 就是这类设备，它们通常有着十分强大的性能，可以应对非常广泛的频率范围。

不过业余无线电通常并不需要那么强大的 ADC 和 DAC，因此许多业余设备已经采用了直接采样技术，例如 KiwiSDR 等接收机。八重洲、Icom 等传统厂商也推出了诸如 FTX-1 和 IC-705 这种使用直接采样技术的设备。

混合 SDR

业余无线电中基带采样已经非常常见了，比如通过连接声卡使用 FT8 模式和 APRS 等都是基带采样的体现。 还有些内置了 ADC 和 DAC，并使用中频采样的设备，它们通常会被称为混合 SDR 设备。 高端的如八重洲的 FTDX10。或者另辟蹊径，使用 FT2353 高速开关作为混频器产生中频，使用 Si5351 控制 PPL 相位和 PWM 驱动 E 类功放的的廉价设备 uSDX，它的成本只有不到 300 元。

歪门邪道

随着现代处理器速度的不断提升，其所能处理的接口速度也越来越快，因此出现了很多将原本只能传输数字信号的接口作为 1bitADC/DAC 的歪门邪道。比如树莓派就可以使用 GPIO 来直接发射 FM 广播频段的信号，使用 Lattice MachXO2 FPGA 也可以直接通过输入引脚来接收中波和短波信号。 而一些性能强大的 FPGA 甚至可以直接利用自己几十 Gbps 的 I/O 速度来直接调制出位于 3GHZ 上的 LTE 信号。

软件部分

由于 SDR 的大部分信号处理都在软件中进行，因此软件的质量很大程度上决定了 SDR 的效果。

对于商业售卖的设备，例如 SDRPlay、AirSpy，以及各种开发板大都会搭配提供配套的软件，只要通过商家获取即可，这些软件也有很多除了与自家设备使用之外，也可以与其他设备一起使用。比如 Airspy 开发的 SDR# (opens new window)就可以搭配各种其他的电视棒接收机一起使用。 而一些开源，或者 Hack 的设备就很难说，比如 RTL-SDR 只提供了修改版驱动 (opens new window)，但并没有应用软件。这种情况下，除了与其他厂家的软件配合使用之外，还有许多开源的软件可以选择。

对于电视棒接收机类设备，SDR++ (opens new window) 和 HDSDR (opens new window) 是很好的选择，如果你不满足于它的功能，或你的设备有发射功能，可以选择更为复杂的 SDRangel (opens new window)。 SDR++ 和 SDRangel 都提供了 Android 设备的支持，但没有触屏优化，如果你想要便携使用的话，推荐购买轨迹球而不是鼠标来连接平板使用。

如果你并不打算携带设备，而是希望将设备放置在某个地方，远程连接使用的话，可以选择 OpenWebRX+ (opens new window)，这是一个基于 Web 的 SDR 接收站软件。此外，也有 SoapySDR (opens new window) 和 RTL_TCP 这种基于客户端的远程 SDR 驱动。 在使用远程 SDR 之前，请确保不要在互联网上公开！接收并传播或泄漏了不该接收的信号是违法行为

如果你不满足于接收信号和发射简单信号，而是希望更加深入研究现代的无线电系统，比如已经买了一台 Pluto SDR 或者 USRP，那更适合你的是 GNU Radio (opens new window)，这是一整套开源的无线电开发软件，即使没有设备，也可以用它来进行无线电模拟实验，通常可以使用 C++ 和 Python 来在 GNU Radio 上开发程序。