“軟件定義的無線電(Software Defined Radio，SDR) 是一種無線電廣播通信技術(shù)，它基于軟件定義的無線通信協(xié)議而非通過硬連線實現(xiàn)。頻帶、空中接口協(xié)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(shù)語已經(jīng)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(jù)“無線創(chuàng)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(shù)語強調(diào)波形的物理層處理，與射頻（RF）前端無關(guān)，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(yè)標(biāo)準，應(yīng)用于從軍事戰(zhàn)術(shù)電臺到蜂窩手機，幾乎凡是電臺都是軟件電臺。半導(dǎo)體和軟件技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，將推動更高開發(fā)生產(chǎn)力和更具成本效益的產(chǎn)品，因此軟件無線電的前景沒有止境。

二、現(xiàn)在——軟件無線電已成為事實上的行業(yè)標(biāo)準

在信號情報、電子戰(zhàn)、測試和測量、公共安全通信、頻譜監(jiān)測和軍事通信等市場中，軟件無線電已成為事實上的行業(yè)標(biāo)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(shù)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(shù)語，最靠近中心的深藍色部分代表從硬件無線電架構(gòu)轉(zhuǎn)型到軟件無線電架構(gòu)的第一批市場。

在這些市場中，推動軟件無線電發(fā)展的技術(shù)是來自亞德諾半導(dǎo)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(shù)字信號處理器（DSP）密集型現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的出現(xiàn)。這兩種技術(shù)的結(jié)合，滿足了軍事戰(zhàn)術(shù)電臺市場數(shù)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(shù)發(fā)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(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)（JTRS）計劃為用于軍用電臺的軟件無線電技術(shù)的開發(fā)和產(chǎn)品化提供了資金，形成了包括半導(dǎo)體、工具和軟件公司在內(nèi)的供應(yīng)商的強大生態(tài)系統(tǒng)。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(gòu)（SCA）核心框架以及電子設(shè)計自動化（EDA）和半導(dǎo)體公司更好的編程工具的產(chǎn)生發(fā)展。

圖1.連續(xù)迭代的SDR已經(jīng)成為無線電行業(yè)的主宰，并將繼續(xù)發(fā)展

RFIC、FPGA和EDA工具的進步是在4G LTE基礎(chǔ)設(shè)施驅(qū)動下實現(xiàn)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(fā)的。一些較大的基礎(chǔ)架構(gòu)供應(yīng)商最終將轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ眉呻娐罚ˋSIC），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(xiàn)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(fā)生在4G LTE手機持續(xù)向軟件無線電架構(gòu)轉(zhuǎn)型時。這種轉(zhuǎn)變是由泰思立達（Tensilica）和高通（Qualcomm）等公司提供的用于手機優(yōu)化的低功耗、高性能DSP內(nèi)核實現(xiàn)的。像用于基礎(chǔ)設(shè)施的基帶ASIC一樣，這些內(nèi)核將被集成到專用標(biāo)準產(chǎn)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(fā)生這種轉(zhuǎn)變，軟件無線電就呈指數(shù)級增長了，并逐漸成為無線電的實際行業(yè)標(biāo)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(fā)展，5G、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和傳感器網(wǎng)絡(luò)等新興技術(shù)的前景再次將軟件無線電的增長提高一個數(shù)量級。什么技術(shù)驅(qū)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(fā)展一樣，驅(qū)動力將可能是硬件和軟件技術(shù)的組合。

下一個硬件技術(shù)驅(qū)動力之一是將模擬和數(shù)字技術(shù)結(jié)合在單片芯片上，以降低成本、尺寸、重量和功耗（SWaP）。對于基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)展的驅(qū)動力可能是集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的FPGA。對于手機和傳感器，則可能是應(yīng)用處理器，也可以集成ADC和DAC。

然而，如果軟件和工具的發(fā)展跟不上，硬件的革新將無法發(fā)揮作用。畢竟，這是軟件無線電的整體。為了開發(fā)這些芯片，并在上面運行波形和應(yīng)用軟件，將需要更好的可用于模擬和數(shù)字領(lǐng)域進行設(shè)計和調(diào)試的系統(tǒng)級工具。隨著軟件無線電應(yīng)用于越來越復(fù)雜的任務(wù)，它們的設(shè)計將采用更強大的FPGA來實現(xiàn)增強型DSP。因此，對可處理數(shù)據(jù)量和復(fù)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(yè)界獲得很好應(yīng)用。但人們?nèi)栽诶^續(xù)努力使GPP滿足5G和軍事通信等領(lǐng)域的性能要求。圖形化編程軟件（LABVIEW）FPGA模塊和射頻片上網(wǎng)絡(luò)（RFNoC）等軟件工具提供了最新型的簡化的用戶體驗，可實現(xiàn)更高的FPGA編程效率。

歸根結(jié)底，集成融合將推動下一代軟件無線電，關(guān)鍵是將模擬和數(shù)字技術(shù)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(xiàn)GPP和FPGA無縫編程的軟件開發(fā)環(huán)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(fā)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(fā)并快速重復(fù)精尖復(fù)雜的設(shè)計，為繼續(xù)開啟下一代軟件無線電發(fā)展提供了最佳的條件。

感謝編譯/述評：中國電科7所   防務(wù)蓉