Nová éra v rádiové komunikaci
V dnešním světě, kde technologie neustále pokračuje vpřed, se setkáváme s inovacemi ve všech oblastech. Jedním z těchto technologických průlomů je software-defined radio (SDR), neboli rádio definované softwarem. Možná jste o něm již slyšeli, ale co přesně to SDR je a jak funguje?
SDR je systém rádiové komunikace, ve kterém jsou komponenty, které byly tradičně implementovány v analogovém hardwaru (například mixéry, filtry, zesilovače, modulátory/demodulátory, detektory apod.), nahrazeny softwarovými prostředky na osobním počítači nebo vestavěném systému. Tato nová technologie umožňuje praktickou realizaci mnoha procesů, které byly dříve pouze teoreticky možné díky rychle se rozvíjejícím možnostem digitální elektroniky.
Základní SDR systém může sestávat z osobního počítače vybaveného zvukovou kartou nebo jiným analogově-digitálním převodníkem a RF předzesilovače. Významná část zpracování signálu je předána obecnému procesoru namísto specializovaného hardwaru (elektronických obvodů). Tento návrh umožňuje vytvoření rádia, které může přijímat a vysílat různé radiové protokoly (někdy označované jako vlny) pouze na základě použitého softwaru.
Software-defined radio má významné využití pro vojenské a mobilní telekomunikační služby, které musí v reálném čase obsluhovat širokou škálu různých radiových protokolů. Dlouhodobě se očekává, že SDR se stane dominující technologií v rádiové komunikaci.
Principy provozu
Jednoduché SDR rádio používá osobní počítač s přídavnou zvukovou kartou nebo jiným analogově-digitálním převodníkem, který je předcházen nějakou formou RF předzesilovače. Signál je poté vzorkován analogově-digitálním převodníkem. Nicméně v některých aplikacích není nutné ladit signál na mezifrekvenci a signál rádiové frekvence je přímo vzorkován analogově-digitálním převodníkem (po zesílení).
Reálné analogově-digitální převodníky nemají dostatečný dynamický rozsah pro zachycení sub-mikrovoltových signálů s výkonem nanowattů produkovaných anténou. Proto musí před konverzním krokem předcházet nízkofrekvenční zesilovač, který však přináší své vlastní problémy. Například, pokud jsou přítomny rušivé signály (což je obvyklé), ty soutěží se žádoucími signály v rámci dynamického rozsahu zesilovače. Mohou způsobovat zkreslení žádoucích signálů nebo je zcela blokovat. Standardní řešení spočívá v umístění pásmových propustných filtrů mezi anténou a zesilovačem, ale tyto snižují flexibilitu rádia. Skutečná software-defined rádia často obsahují dva nebo tři analogové kanálové filtry s různou šířkou pásma, které jsou zapínány a vypínány.
Flexibilita SDR umožňuje dynamické využití spektra, což snižuje potřebu statického přiřazování vzácných spektrálních zdrojů jednomu pevnému služebnímu účelu.
Historie
Počátky konceptu SDR sahají až do 70. let, kdy výzkumník v laboratoři amerického Ministerstva obrany použil termín "digital receiver" (digitální přijímač). V roce 1982 pak tým pod vedením Ulricha L. Rohdeho vyvinul první SDR rádio, které používalo čip COSMAC (Complementary Symmetry Monolithic Array Computer). SDR se dále rozvíjelo a v roce 1984 byl vytvořen laboratorní prototyp s názvem "Software Radio Proof-of-Concept", který popularizoval SDR v různých vládních agenturách.
V roce 1991 Joe Mitola nezávisle znovuobjevil termín "software radio" a navrhl plán postavit GSM základnovou stanici, která by kombinovala digitální přijímač a komunikační rušičky ovládané softwarem. V roce 1992 Mitola publikoval první článek na toto téma v časopise IEEE.
V průběhu 90. let a 2000. let se SDR stalo stále více populárním mezi amatérskými radioamatéry.
Díky rozvoji technologií se SDR začalo objevovat i v komerčním prostředí.
V současné době se SDR stává významným prvkem vojenských komunikačních systémů a nabízí také široké možnosti pro domácí využití. Například existují levné DVB-T USB dongly, které lze upravit pro SDR přijímač s pomocí počítače.
Software-defined radio otevírá nové možnosti v oblasti rádiové komunikace. Jeho flexibilita a schopnost adaptovat se na různé protokoly a frekvence činí z SDR klíčový nástroj pro budoucnost rádiových systémů.
