Radio programowalne

Radio programowalne, SDR (ang. software-defined radio) – system radiokomunikacyjny, w którym część funkcji tradycyjnie realizowanych przez wyspecjalizowane układy elektroniczne, takich jak mieszanie częstotliwości, filtrowanie, modulacja, demodulacja i detekcja sygnału, jest wykonywana cyfrowo przez oprogramowanie. Chociaż koncepcja SDR nie jest nowa, rozwój elektroniki cyfrowej umożliwił praktyczną realizację wielu jej elementów.

Realizacja

Najprostszy system SDR może składać się z komputera wyposażonego w kartę dźwiękową lub inny przetwornik analogowo-cyfrowy oraz radiowy front-end. Front-end odbiera zmodulowany sygnał wysokiej częstotliwości i może przenosić go do niższego pasma, znajdującego się w zakresie częstotliwości obsługiwanych przez przetwornik.

Znaczna część przetwarzania sygnału jest realizowana przez procesor ogólnego przeznaczenia, procesor sygnałowy lub układ programowalny zamiast przez wyspecjalizowane układy analogowe. Tak zaprojektowany odbiornik lub transceiver może obsługiwać różne rodzaje transmisji radiowych dzięki zmianie oprogramowania przetwarzającego sygnał. Część funkcji, między innymi wzmacnianie, wstępna filtracja i niekiedy przemiana częstotliwości, pozostaje realizowana w analogowym torze radiowym.

Zastosowania

Radio programowalne jest szczególnie użyteczne w szybko rozwijających się systemach, które często podlegają modernizacji i zmianom stosowanych technik nadawania, na przykład w sieciach komórkowych i łączności wojskowej.

Systemy radia programowalnego są również używane na uczelniach i w badaniach naukowych, zarówno na polskich, jak i zagranicznych uczelniach. Podczas zajęć dydaktycznych pozwalają studentom zapoznać się z różnymi systemami radiowymi, zarówno analogowymi, jak i cyfrowymi. W badaniach naukowych umożliwiają budowę prototypów oraz empiryczną weryfikację hipotez.

Przykłady platform SDR

Do popularnych i uniwersalnych urządzeń SDR należą między innymi HackRF One, bladeRF i LimeSDR.

RTL-SDR jest określeniem klasy niedrogich odbiorników SDR wykorzystujących układ RTL2832U firmy Realtek, pierwotnie stosowany w odbiornikach telewizji DVB-T. Urządzenia RTL-SDR mają ograniczone możliwości, ponieważ zasadniczo służą wyłącznie do odbioru, lecz zdobyły znaczną popularność dzięki niewielkim rozmiarom, przystępnej cenie oraz szerokiemu wsparciu w zakresie oprogramowania i dokumentacji.

Do platform używanych szczególnie w środowisku akademickim należą urządzenia z rodziny USRP(inne języki) (od ang. Universal Software Radio Peripheral), produkowane przez firmę Ettus Research, należącą do National Instruments. Rodzina USRP obejmuje urządzenia różniące się między innymi liczbą torów radiowych, zakresem częstotliwości, szerokością przetwarzanego pasma oraz możliwościami nadawania i odbioru. Niektóre modele umożliwiają budowę systemów wielokanałowych i pracę w trybie full-duplex.

Oprogramowanie

Kluczowym elementem systemu radia programowalnego jest oprogramowanie. Istnieje wiele narzędzi służących do projektowania i obsługi systemów SDR. Jednym z nich jest projekt GNU Radio(inne języki), które umożliwia projektowanie i uruchamianie systemów SDR, a także obserwowanie ich działania. Zawiera zestaw gotowych bloków przetwarzania sygnałów, który może być rozszerzany o dodatkowe moduły.

Przykładowe zastosowania GNU Radio

Do projektów opracowywanych z wykorzystaniem GNU Radio należą między innymi:

odbiorniki i symulatory nadajników sygnałów GNSS;
czytniki RFID;
amatorskie radioteleskopy;
odbiorniki systemu DRM;
odbiorniki sygnałów wtórnego radaru dozorowania, używanych w komunikacji lotniczej.

Lista programów współpracujących z urządzeniami RTL-SDR jest utrzymywana między innymi na stronie rtl-sdr.com.

Przypisy

1 2 Piotr Kaczorek, Marcin Waraksa. Wdrożenie radia programowalnego z wykorzystaniem GNU Radio oraz USRP2920. „Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni”, s. 91–104, 2015.
↑ Andrzej Marczak: Realizacja interfejsu radiowego OFDM w technologii radia programowalnego do zastosowań wojskowych. W: Tomasz Szubrycht (red.), Technologie morskie dla obronności i bezpieczeństwa. Gdynia: 2016, s. 299–307.
↑ M. Chung, M.S. Sim, J. Kim, D.K. Kim, C-B. Chae. Prototyping real-time full duplex radios. „IEEE Communications Magazine”. 53 (9), s. 56–63, 2015. DOI: 10.1109/MCOM.2015.7263346. (ang.).
↑ Torjus Bryne Retterstøl: Base Station Security Experiments Using USRP. Norweski Uniwersytet Naukowo-Techniczny, 2015. (ang.).
1 2 3 Qing Yang, Lin Huang: Tools for Wireless Security Research. Singapore: Springer Singapore, 2018, s. 7–70. DOI: 10.1007/978-981-10-8447-8_2. ISBN 978-981-10-8446-1. (ang.).
↑ Katarzyna Szczygielska: Opracowanie nadajnika adaptacyjnego systemu łączności satelitarnej z wykorzystaniem techniki SDR. Warszawa: 2014-09.
↑ The Big List of RTL-SDR Supported Software. [dostęp 2019-06-15]. (ang.).

Linki zewnętrzne

[kaczorek_waraksa-1] 1 2 Piotr Kaczorek, Marcin Waraksa. Wdrożenie radia programowalnego z wykorzystaniem GNU Radio oraz USRP2920. „Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni”, s. 91–104, 2015.

[marczak-2] Andrzej Marczak: Realizacja interfejsu radiowego OFDM w technologii radia programowalnego do zastosowań wojskowych. W: Tomasz Szubrycht (red.), Technologie morskie dla obronności i bezpieczeństwa. Gdynia: 2016, s. 299–307.

[chung-3] M. Chung, M.S. Sim, J. Kim, D.K. Kim, C-B. Chae. Prototyping real-time full duplex radios. „IEEE Communications Magazine”. 53 (9), s. 56–63, 2015. DOI: 10.1109/MCOM.2015.7263346. (ang.).

[retterstol-4] Torjus Bryne Retterstøl: Base Station Security Experiments Using USRP. Norweski Uniwersytet Naukowo-Techniczny, 2015. (ang.).

[yang_huang-5] 1 2 3 Qing Yang, Lin Huang: Tools for Wireless Security Research. Singapore: Springer Singapore, 2018, s. 7–70. DOI: 10.1007/978-981-10-8447-8_2. ISBN 978-981-10-8446-1. (ang.).

[6] Katarzyna Szczygielska: Opracowanie nadajnika adaptacyjnego systemu łączności satelitarnej z wykorzystaniem techniki SDR. Warszawa: 2014-09.

[7] The Big List of RTL-SDR Supported Software. [dostęp 2019-06-15]. (ang.).