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Software Defined Radio
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Mit dem Terminus Software-defined radio (kurz SDR) beschreibt man die Bestrebung, möglichst die gesamte Signalverarbeitung eines Hochfrequenz-Senders oder -Empfängers mit Hilfe anpassbarer Hardware in Software abzubilden. Im engeren Sinn handelt es sich beispielsweise um ein Funktelekommunikationssystem, welches eine frei rekonfigurable Plattform zur Modulation/Demodulation und Aufwärts/Abwärtsmischung eines Datensignals benutzt.
Ein SDR System führt einen Großteil der Signalverarbeitung mit Hilfe eines Allzweckrechners oder programmierbarer Digitalhardware durch (z.B. DSPs oder FPGAs). Dadurch soll größtmögliche Flexibilität erreicht werden. Es ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Funkverfahren durch alleinigen Austausch der Software.
SDR findet unter Anderem Anwendung im Bereich des Militärs und im Mobilfunk. Hier ist die Flexibilität und Implementierung unterschiedlicher Protokollwechsel in Echtzeit von besonderem Nutzen. Ein gutes und anschauliches Beispiel ist die Realisierung der Basisstationen zellularer Netze als SDR. Somit könnten diese innerhalb kürzester Zeit kostengünstig auf neue Standards aufgerüstet werden.
Die Hardware eines SDR besteht typischerweise aus einem Sender- und Empfängermodul, sowie jeweils einem A/D und D/A Konverter.
Momentan kann mit Hilfe des SDR lediglich einfache Radiotechnik implementiert werden. Auf lange Sicht wird jedoch erwartet, dass diese Art der Funkübertragung aufgrund der genannten Vorteile große Marktanteile erwirbt.
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Funktionsweise
Ideal
Das einfachste und ideale SDR-Empfänger würde aus einem Analog-Digital-Konverter mit Antenne bestehen. Die ausgelesenen Daten würden dann direkt nach der Analog-Digital Wandlung von einem digitalen Rechner verarbeitet.
Der ideale Sender sähe ähnlich aus: Ein Rechner beispielsweise erzeugt einen digitalen Datenstrom, der direkt über einen Digital-Analog-Konverter und eine nachfolgende Antenne versendet würde.
Leider ist die Praxis nicht so einfach.
Praktisch realisierbare Empfänger
Heute (2006) ist die digitale Elektronik im Allgemeinen zu langsam, um die verwendeten Funksignale im Bereich von 1 - 2 GHz direkt in ausreichender Auflösung zu digitalisieren. Die Daten müssen mit mindestens der doppelten Grenzfrequenz abgetastet werden, um das Signal fehlerfrei rekonstruieren zu können (siehe Nyquist-Theorem). Dieses Problem wird in der Praxis durch das Vorschalten eines analogen Mischers gelöst welcher das Signal auf eine niederige Zwischenfrequenz heruntermischt. Dieses Konzept wird auch als Heterodynverfahren oder Überlagerungsempfänger bezeichnet. Da aktuelle A/D Wandler Abtastfrequenzen von ca. 200MHz bei 14 Bit Auflösung ermöglichen, wären hier Zwischenfrequenzen von bis zu 100MHz möglich.
Vor- und Nachteile
Der Vorteil besteht in der großen Flexibilität, da das entsprechende Gerät durch Software-Upgrades auf neue Übertragungsstandards erweitert werden kann.
Durch Software-defined radio lassen sich auch die nachfolgende Entwicklungskosten verringern, da die Umrüstung durch alleinige Softwareentwicklung häufig preiswerter ist, als eine entsprechende Hardwareentwicklung neuer Sender/Empfänger.
Ein Nachteil besteht in der benötigten Rechenleistung der eingesetzten Signalprozessoren und der damit verbundenen hohen Leistungsaufnahme. Man erwartet jedoch, dass durch die Fortschritte in der Hardwareentwicklung dieses Problem mehr und mehr in den Hintergrund tritt.
Weblinks
- Webseite des SDR-Herstellerkonsortiums
- Finnish Software Radio Demonstrator
- GNU Radio, ein SDR-Projekt das mit freier Software arbeitet
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