“軟件定義的無線電(Software Defined Radio，SDR) 是一種無線電廣播通信技術，它基于軟件定義的無線通信協議而非通過硬連線實現。頻帶、空中接口協議和功能可通過軟件下載和更新來升級，而不用完全更換硬件。”

一、過去——軟件無線電的30年

“軟件無線電”（SDR）作為一個術語已經存在了約30年，在科技界很長一段時間，軟件無線電是一個共同的討論話題，也夾雜有誤解。根據“無線創新論壇”（以前稱為SDR論壇）定義，軟件無線電是“一部分或全部物理層功能由軟件定義的電臺”。該術語強調波形的物理層處理，與射頻（RF）前端無關，這是一個常見的誤解。

三十年后，軟件無線電已成為一個重要的行業標準，應用于從軍事戰術電臺到蜂窩手機，幾乎凡是電臺都是軟件電臺。半導體和軟件技術的持續發展，將推動更高開發生產力和更具成本效益的產品，因此軟件無線電的前景沒有止境。

二、現在——軟件無線電已成為事實上的行業標準

在信號情報、電子戰、測試和測量、公共安全通信、頻譜監測和軍事通信等市場中，軟件無線電已成為事實上的行業標準。其中一些市場使用硬件專用集成電路（ASIC），而其他市場已使用可編程數字信號處理器（DSP）。圖1顯示了過去30年采用軟件無線電的進展情況。圖中，無論是否使用軟件無線電這個術語，最靠近中心的深藍色部分代表從硬件無線電架構轉型到軟件無線電架構的第一批市場。

在這些市場中，推動軟件無線電發展的技術是來自亞德諾半導體（Analog Devices）等公司的射頻集成電路（RFIC）和來自賽靈思（Xilinx）等公司的具有成本效益的數字信號處理器（DSP）密集型現場可編程門陣列（FPGA）的出現。這兩種技術的結合，滿足了軍事戰術電臺市場數十億美元的需求，也攪起了一些“市場波動”，這對軟件無線電技術發展的影響是巨大的，遠遠超過了單一軍事通信市場的影響。聯合戰術無線電系統（JTRS）計劃為用于軍用電臺的軟件無線電技術的開發和產品化提供了資金，形成了包括半導體、工具和軟件公司在內的供應商的強大生態系統。在工具方面，軟件無線電要求波形盡可能在不同的硬件平臺之間移植，促進了軟件通信架構（SCA）核心框架以及電子設計自動化（EDA）和半導體公司更好的編程工具的產生發展。

圖1.連續迭代的SDR已經成為無線電行業的主宰，并將繼續發展

RFIC、FPGA和EDA工具的進步是在4G LTE基礎設施驅動下實現二代軟件無線電的重要因素。幾乎所有的LTE基站都是用RFIC和FPGA開發的。一些較大的基礎架構供應商最終將轉向專用集成電路（ASIC），但即使如此，基帶ASIC大部分也是可編程的，因為它們使用與“硬件加速器”相連的處理器實現計算密集型功能，例如turbo解碼，通常會超出處理器的性能或功能限制。

第三代軟件無線電顯示了第二個市場波動發生在4G LTE手機持續向軟件無線電架構轉型時。這種轉變是由泰思立達（Tensilica）和高通（Qualcomm）等公司提供的用于手機優化的低功耗、高性能DSP內核實現的。像用于基礎設施的基帶ASIC一樣，這些內核將被集成到專用標準產品（ASSP）或ASIC中，大部分用于物理層處理，連接硬件加速器。一旦發生這種轉變，軟件無線電就呈指數級增長了，并逐漸成為無線電的實際行業標準。

三、未來——下一代軟件無線電

軟件無線電的未來是什么？隨著4G手機的普及推動了軟件無線電發展，5G、物聯網（IoT）和傳感器網絡等新興技術的前景再次將軟件無線電的增長提高一個數量級。什么技術驅動力能將軟件無線電提升到這么高的位置？與軟件無線電的先前幾次飛躍發展一樣，驅動力將可能是硬件和軟件技術的組合。

下一個硬件技術驅動力之一是將模擬和數字技術結合在單片芯片上，以降低成本、尺寸、重量和功耗（SWaP）。對于基礎設施，發展的驅動力可能是集成模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）的FPGA。對于手機和傳感器，則可能是應用處理器，也可以集成ADC和DAC。

然而，如果軟件和工具的發展跟不上，硬件的革新將無法發揮作用。畢竟，這是軟件無線電的整體。為了開發這些芯片，并在上面運行波形和應用軟件，將需要更好的可用于模擬和數字領域進行設計和調試的系統級工具。隨著軟件無線電應用于越來越復雜的任務，它們的設計將采用更強大的FPGA來實現增強型DSP。因此，對可處理數據量和復雜性快速增長的FPGA工具的需求日益增長。

雖然通用處理器（GPP）過去已在軟件無線電業界獲得很好應用。但人們仍在繼續努力使GPP滿足5G和軍事通信等領域的性能要求。圖形化編程軟件（LABVIEW）FPGA模塊和射頻片上網絡（RFNoC）等軟件工具提供了最新型的簡化的用戶體驗，可實現更高的FPGA編程效率。

歸根結底，集成融合將推動下一代軟件無線電，關鍵是將模擬和數字技術集成到混合信號芯片中。但軟件無線電基本上達到了一個臨界點，增長的主要限制是軟件而不是硬件。若沒有能實現GPP和FPGA無縫編程的軟件開發環境，下一代軟件無線電的新硬件功能將無法被充分利用，開發將遇到阻滯。LabVIEW FPGA等工具能使非HDL（硬件描述語言）專家的無線工程師能夠開發并快速重復精尖復雜的設計，為繼續開啟下一代軟件無線電發展提供了最佳的條件。

感謝編譯/述評：中國電科7所   防務蓉