مقاله ترجمه شده رادیو نرم افزار

توضیحات

عنوان فارسی: رادیو نرم افزار

عنوان انگلیسی:

Software Defined Radio

چکیده

این گزارش امکان استفاده از رادیو نرم افزاری برای اهداف پژوهشی را تجزیه و تحلیل می کند. ما به پروژه رادیوی GNU منبع باز توجه کردیم و شایستگی آن را برای باز تولید و تحلیل بعضی پروتکل های بی سیم شایع، مانند IEEE 802.11، بلوتوث، IEEE 802.15.4 و GSM مطالعه کردیم. ما متوجه شدیم که استفاده از رادیوی GNU همراه با دستگاه جانبی رادیو نرم افزاری جامع (USRP) می تواند به پژوهشگران در جلوگیری از درگیر شدن با سفت افزارها (firmware) و راه انداز های چیپست های (مجموعه تراشه) تجاری توسط فراهم کردن قابلیت سفارشی سازی کامل در لایه های پیوند داده و فیزیکی، کمک کند. از سوی دیگر، رادیو نرم افزار همیشه قادر نیست عملیات هایی که قبلا در حوزه سخت افزاری انجام می شود را بطور صحیح باز تولید کند. این امر منجر به محدودیت های مختلف با استانداردهای شایع می شود. در این گزارش ما سعی می کنیم یک تصویری از چنین محدودیت ها و وضعیت فعلی GNUradio ارائه دهیم.

مقدمه

افزایش نمایی در توان مصرفی مدارهای مجتمع مهندسان رادیو را به تغییر عقیده بطور مستمر در طراحی فرستنده-گیرنده های رادیویی می دهد. در چند دهه گذشته شاهد گسترش مداوم سخت افزار های رادیویی بودیم. معماری رادیو سخت افزاری آنالوگ سنتی از یک فرستنده-گیرنده سوپر هتروداین، جایی که سیگنال از آنتن (سیگنال فرکانس بالا) به سیگنال فرکانس میانی تبدیل می شود و پس از فیلتر شدن، به سیگنال باند پایه (سیگنال فرکانس پایین) تبدیل می شود، و در نهایت دمدولاسیون می شود. این طرح ساده عامل اصلی برای گسترش موفق تلویزیون، رادیو های FM، و نسل اول تلفن های همراه بوده است. بعد ها در80s رواج پردازنده های سیگنال دیجیتال (DSP) ارزان و سریع منجر به توسعه ی فرستنده-گیرنده های دیجیتال شد. یک فرستنده-گیرنده رادیوی دیجیتال به دو قسمت تقسیم می شود: سر جلویی رادیو (FE)، هدف آن تبدیل سیگنال باند باریک فرکانس بالا به فرکانس های میانی (downconversion) و پس از آن یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) و بخش انتهایی رادیو، که مسئول پردازش سیگنال باقی مانده مانند: دمدولاسیون، فیلتر کردن و رمزگشایی کانال در حوزه دیجیتال است. این معماری عمدتا به دلیل قابلیت پیاده سازی به صورت مدارهای مجتمع ASIC (مدارهای مجتمع با کاربرد خاص) موفق بود اما از محدودیت های سخت از نظر انعطاف پذیری رنج می برد. در حقیقت ASIC ها برای یک استفاده ی خاص سفارشی سازی شده اند و برای استفاده ی همه منظوره در نظر گرفته نشده اند. اگر چه هر دو FE و BE می توانند به پروتکل های در حال تحول گسترش یابند و اجازه نمی دهند سرمایه گذاری ها از بین روند.

نیاز به ارتقاء فرستنده و گیرنده رادیویی از طریق به روز رسانی نرم افزار با حاشیه ای سرمایه گذاری در چند سال گذشته منجر به رواج معماری به اصطلاح رادیو نرم افزاری شده است (SDR) شده است. در این سیستم ها پردازش سیگنال از طریق نرم افزار با استفاده از مدار مجتمع دیجیتال برنامه ‌پذیر (FPGA)، پردازنده های همه منظوره (GPP)، و یا هر دستگاه قابل برنامه ریزی های دیگر انجام می شود (یا حداقل مدیریت می شود). با استفاده از SDR، مهندسان سعی می کنند به جهت تضمین کردن انعطاف پذیری بیشتر دامنه ی حوزه ی نرم افزار را تا حد ممکن به سمت آنتن گسترش دهند. تصمیم این که چه چیزی در نرم افزار و چه چیزی در سخت افزار باید اجرا شود بستگی به عملکرد مورد نیاز هر یک از کاربردهای خاص است.