1、軟件無線電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

J.Mitla在1992年首次提出了軟件無線電的概念，此后該技術(shù)一直受到業(yè)界的廣泛關(guān)注和研究。與傳統(tǒng)的無線電設(shè)備相比較，在軟件無線電中，諸如信號發(fā)生、調(diào)制/?解調(diào)、信道編譯碼等信號處理過程以及協(xié)議棧皆由軟件實現(xiàn)，而不是固定電路，因此軟件無線電設(shè)備更易于重新配置，從而可靈活地進行多制式切換并適應技術(shù)的發(fā)展演進。廣義上的軟件無線電分為三類。a）將多種不同制式的設(shè)備集成在一起，?例如現(xiàn)在市場上的GSM-CDMA雙模手機。顯然，這種方式只能在預置的幾種制式下切換，要增加對新的制式的支持則意味著集成更多的電路，重配置能力十分有限。b）基于現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）?和數(shù)字信號處理器（DSP），這類可編程硬件，重配置的能力得到了很大提高。但是用于FPGA的VHDL、Verilog等語言以及418?的匯編語言都是針對特定廠商的產(chǎn)品，使得這種方式下的軟件過分依賴于具體的硬件，可移植性較差。此外，對廣大技術(shù)人員來說，F(xiàn)PGA和DSP開發(fā)的門檻依然較高，開發(fā)過程也相對比較繁瑣。c）針對以上兩類缺陷，第三類軟件無線電設(shè)備采用通用硬件（例如：商用服務器、普通PC以及嵌入式系統(tǒng)）作為信號處理軟件的平臺，具有以下幾方面的優(yōu)勢：純軟件的信號處理具有很大的靈活性；可采用通用的高級語言（如C/C++）進行軟件開發(fā)，擴展性和可移植性強，開發(fā)周期短；基于通用硬件的平臺，成本較低，并可享受計算機技術(shù)進步帶來的各種優(yōu)勢（如：CPU處理能力的不斷提高以及軟件技術(shù)的進步等）。

盡管基于通用硬件平臺的軟件無線電具有諸多優(yōu)點，但是目前通用硬件平臺在處理速度效率、體積和功耗以及實時性方面仍然比不上FPGA和DSP這樣的專用硬件。所以現(xiàn)在第二類軟件無線電仍然是主流，但由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，軟件無線電將越來越青睞于通用的硬件平臺。

2、GNU Radio概述

GNU Radio是由Eric Blossom發(fā)起的、完全開放的軟件無線電項目，旨在鼓勵全球技術(shù)人員在這一領(lǐng)域協(xié)作與創(chuàng)新，目前已經(jīng)具有一定的影響力。GNU（GNU’s Not Unix）本身是一個推進軟件開放源代碼的著名項目，?由FSF（Free Softwaer Foundation）支持，目前廣泛使用的GNU/Linux操作系統(tǒng)則是來源于此。GNU Radio主要基于Linux操作系統(tǒng)，也可以移植到其他操作系統(tǒng)上，采用C++結(jié)合Python腳本語言進行編程，其代碼完全開放，用戶可以在其網(wǎng)站-R.上下載和參與更新維護其代碼。利用GNU Radio提供的一套軟件，再加上一臺普通PC機和廉價的硬件前端即可開發(fā)各種軟件無線電應用。硬件前端可以是一套專用的射頻前端或者AD/DA卡，甚至是一塊普通的聲卡。Matt Ettus為GNU Radio設(shè)計了一套射頻前端USRP（Universal Software Radio Peripheral），可在0GHz～2.9GHz載頻上提供最高可達16Mhz帶寬的信號收／發(fā)能力。

除了具有第三類軟件無線電系統(tǒng)的優(yōu)點外，GNU Radio和USRP還具有如下優(yōu)勢：

a)成本較低。軟件免費，USRP的價格大約與一臺普通PC相當，帶寬可滿足目前多數(shù)音視頻廣播和無線通信制式的要求，支持雙工和多天線應用。
b)技術(shù)門檻較低，具有一定編程經(jīng)驗和Linux使用經(jīng)驗的用戶可在較短時間內(nèi)掌握其配置、使用和開發(fā)。
c)獲得來自全世界眾多GNURadio擁護者以及Eric Blossom?和Matt Ettus本人的技術(shù)支持。

3、GNU Radio的軟件結(jié)構(gòu)

GNU Radio的編程基于Python腳本語言和CH?的混合方式。C++由于具有較高的執(zhí)行效率，被用于編寫各種信號處理模塊，如：濾波器、FFT變換、調(diào)制／解調(diào)器、信道編譯碼模塊等，GNU Radio中稱這種模塊為block。Python是一種新型的腳本語言，具有無須編譯、語法簡單以及完全面向?qū)ο蟮奶攸c，因此被用來編寫連接各個block成為完整的信號處理流程的腳本，GNU Radio中稱其為graph。

GNU Radio的軟件結(jié)構(gòu)頂層是面向用戶的block及其“粘合劑”—— aph。用戶除了能夠開發(fā)自己的block之外，還可使用GNU Radio所包含的豐富的block，包括各種濾波器、FFT變換、調(diào)制／解調(diào)模塊、時頻同步模塊等等，其中一些利用了CPU的增強指令集(如：MMX、SSE、3D Now!)進行了優(yōu)化，以提高性能。

在用戶用block和graph構(gòu)造的應用程序下面是GNU Radio的運行支持環(huán)境，主要包括緩存管理、線程調(diào)度以及硬件驅(qū)動。GNU Radio中巧妙地設(shè)計了一套零拷貝循環(huán)緩存機制，保證數(shù)據(jù)在block之間高效的流動。多線程調(diào)度主要用于對信號處理流程進行控制以及各種圖形顯示，GNU Radio對此也提供了支持。GNU Radio的硬件驅(qū)動包括USRP、AD卡、聲卡等等，用戶也可根據(jù)需求進行擴充。

GNU Radio除了支持Linux的多種發(fā)行版本之外，還被移植到Mac OS X、NetBSD以及Windows等操作系統(tǒng)上，這也意味著它也支持多種類型的計算機系統(tǒng)。

4、USRP射頻前端