Geschichte der SDR Technik

Software-Defined Radio (SDR) ist keine neue Technologie mehr. Es ist eine weit verbreitete, fast obligatorische Methode, um heutige drahtlose Geräte zu bauen (mit Ausnahme von kostengünstigen ASIC-basierten Geräten mit geringem Stromverbrauch wie Smartphones und Tablets). Es ist fast 30 Jahre her, seit SDR erstmals eingeführt wurde. Hier finden Sie eine kurze Zusammenfassung der wichtigsten Ereignisse in den drei Jahrzehnten ihrer Entwicklung.

1984 E-Systems prägt den Begriff „Software Radio“

E-Systems, jetzt Raytheon, prägte den Begriff „Software-Radio“ in einem Unternehmensnewsletter. Es bezog sich auf einen Prototyp eines digitalen Basisbandempfängers, der mit einer Reihe von Prozessoren ausgestattet war, die eine adaptive Filterung zur Interferenzunterdrückung und Demodulation von Breitbandsignalen durchführten.

1991 SPEAKeasy

Das erste militärische Programm, bei dem speziell für ein Radio die Komponenten der physischen Schicht in Software implementiert werden mussten, war SPEAKeasy von DARPA. Das Hauptziel der US-Luftwaffe war es, ein einziges Funkgerät zu haben, das zehn verschiedene Militärfunkprotokolle unterstützt und zwischen 2 MHz und 2 GHz betrieben werden kann. Ein sekundäres Ziel war die Möglichkeit, neue Protokolle und Modulationen zu integrieren und damit die Funkhardware zukunftssicher zu machen. Aus DARPAs Beschreibung geht hervor: "SPEAKeasy ist ein Versuch, den PC der Radiowelt zu schaffen."

1992 Joseph Mitola veröffentlicht am IEEE einen Artikel über Software-Radio

Joe Mitola war der erste, der 1992 auf der IEEE National Telesystems Conference mit seinem Artikel „Software Radio: Umfrage, kritische Analyse und zukünftige Richtungen“ zum Thema Software-Radio veröffentlichte. Mitola wird von vielen als Pate des Software-Radios bezeichnet und hat den Begriff „Software-Radio“ trotz der vorherigen Verwendung von E-Systems geprägt. Der E-Systems-Prototyp war nur ein Empfänger und daher kein vollständiges Radio. Später, 1998, verwendete Mitola den Begriff „kognitives Radio“, um sich auf das Konzept zu beziehen, dass Radios sich ihrer spektralen Umgebung bewusst sind und über die erforderliche Intelligenz verfügen, um sich nach Bedarf anzupassen.

1996 Gründung des SDR-Forums

Der erste Branchenverband, der sich dem SDR widmet, wurde 1996 als „MMITS-Forum (Modular Multifunction Information Transfer System)“ gegründet. 1998 wurde es zum SDR-Forum und 2010 zum Wireless Innovation Forum. Das Forum bestand aus Personen und Organisationen aus Regierung, Industrie und Wissenschaft, die alle das Ziel hatten, SZR-bezogene Technologien voranzutreiben. Es wurden mehrere Arbeitsgruppen und Ausschüsse gebildet, um Innovationen und Standards anzuregen und zu steuern.

1997 Gründung des JTRS

Das Joint Tactical Radio System wurde vom US-Verteidigungsministerium entwickelt, um die Interoperabilität und Wellenformportabilität durch die Definition und Standardisierung von Abstraktionsschichten und -schnittstellen, der so genannten Software Communication Architecture (SCA), zu verbessern. Das Milliarden-Dollar-Programm war sehr ehrgeizig und hatte Schwierigkeiten, Verzögerungen und Kostenüberschreitungen. Es wurde 2011 vom US-Verteidigungsminister offiziell abgesagt, der erklärte, dass die aus dem Programm resultierenden Produkte und Technologien die festgelegten Anforderungen wahrscheinlich nicht erfüllen würden.

Dennoch hat es die Fortschritte in der SZR-Entwicklung für ein Jahrzehnt stark stimuliert. SCA-konforme Funkgeräte von Herstellern wie Rohde & Schwarz, Thales und Harris wurden eingesetzt. Außerdem hat die Europäische Verteidigungsagentur das ESSOR-Programm (European Secure Software Defined Radio) erstellt, das die Arbeit des JTRS SCA fortsetzt.

1998 Automatisierte Codegenerierung für eingebettetes SDR

Nutaq (damals Lyrtech) hat in Zusammenarbeit mit MathWorks die erste Entwicklungsumgebung erstellt, mit der ausführbare Dateien direkt aus einem Simulink-Modell für einen DSP von Texas Instruments und ein FPGA von Xilinx generiert werden können. Diese Innovation befasste sich mit einer der größten Schwierigkeiten, mit denen Wellenformentwickler und -forscher zu kämpfen hatten: dem Schreiben von Code für eingebettete Prozessoren. DSP und FPGA wurden auf einer Karte namens SignalMaster zusammengefasst. Es war mit einem A / D- und D / A-Modul verbunden und war eine der ersten kommerziellen SDR-Entwicklungsplattformen für Labors und Universitäten, mit denen Prototypen erstellt wurden.

2001 GNU Radio

GNU Radio wurde von Eric Blossom gegründet und von John Gilmore, Mitarbeiter Nr. 5 von Sun Microsystems, finanziert. GNU Radio ist ein Open-Source-Framework für die Entwicklung von SDR-Anwendungen in einer PC-Umgebung. Mit mehr als 5.000 beanspruchten Benutzern ab 2012 ist es das mit Abstand beliebteste SDR-Entwicklungstoolset. Komplette Wellenformen wie P25, 802.11, ZigBee, Bluetooth, RFID, DECT, GSM und sogar LTE (noch in Arbeit) können aus dem Repository heruntergeladen und auf jedem x86-System ausgeführt werden.

2004 FCC erste Genehmigung eines kommerziellen SZR

Vanu Inc. gelang es, die Anywave-Basisstation von der FCC genehmigen zu lassen. Die Anywave ist eine Dual-Mode-Basisstation, die GSM- und CDMA-Träger gleichzeitig ausführen kann, wobei alle Protokollschichten auf x86-CPUs ausgeführt werden. Vanu Inc. wurde von Vanu Bose gegründet, einem der Hauptverantwortlichen für das PSpectra-Framework des MIT.

2004 PHY-Prozessoren

Picochip (jetzt Mindspeed Technologies) stellte seinen PC102 vor, einen Prozessor, der speziell für die PHY-Verarbeitung entwickelt wurde (allgemein als Basisbandprozessor bezeichnet). Der PC102 war für den 3G-Infrastrukturmarkt gedacht. Es hatte 308 Verarbeitungselemente, 14 anwendungsspezifische Coprozessoren (Beschleuniger) und konnte die MAC-Schicht sowie andere Protokollelemente verarbeiten.
Der PC102 (und nachfolgende Mitglieder der PicoArray-Familie) wurde direkt vom Reißbrett aus für SDR entwickelt und reduzierte die Größe, die Kosten und den Stromverbrauch von drahtlosen Geräten erheblich. Picochip war der Anstifter einer neuen Generation spezialisierter Prozessoren. Dies ebnete den Weg für neue Player wie Octasic mit ihrem 24-Kern-OCT2224W und Coherent Logix mit ihrer HyperX-Serie und zwang traditionelle Anbieter, SDR-optimierte Architekturen zu entwickeln. Dies führte zur Keystone-Familie von TI und zum QorIQ von Freescale.

2006 TI und Xilinx kommen zusammen, um die Entwicklung eingebetteter SDRs zu erleichtern

Texas Instruments und Xilinx, die normalerweise als Konkurrenten angesehen werden, haben gemeinsam mit Nutaq (damals Lyrtech) die erste vollständig integrierte, eigenständige SDR-Entwicklungsplattform geschaffen. Es war mit einem ARM, einem DSP, einem FPGA und einem von 200 MHz bis 1 GHz abstimmbaren Front-End ausgestattet (andere Bereiche kamen später). Die Plattform war nicht größer als ein Schuhkarton und konnte batteriebetrieben werden, was neue Möglichkeiten für Anwendungen und Experimente außerhalb des Labors eröffnete. Am bemerkenswertesten waren die campusweiten Whitespace-Experimente von Microsoft, die mit beweglichen SFR-SDR-Einheiten (Small Form Factor) an Bord von Campus-Shuttles durchgeführt wurden.

2009 Erstes kommerzielles Single-Chip-RF-Frontend

Lime Microsystems stellte seinen LMS6002 vor, eine integrierte Hochfrequenzschaltung (RFIC). Kurz darauf folgte der LMS6002D mit integrierten Datenkonvertern. Der RFIC konnte zwischen 400 MHz und 4 GHz abstimmen, unterstützte eine Bandbreite von bis zu 28 MHz und bot eine auswählbare Basisband-Filterbank mit 16 Positionen. Motorola hat vor Jahren auch einen RFIC (100 MHz bis 2,5 GHz) entwickelt, diesen jedoch nicht in großem Umfang veröffentlicht. Seitdem bieten andere Siliziumanbieter RFIC-Lösungen an. Ab diesem Tag können RFICs von mindestens fünf Anbietern bezogen werden.

Sind Web-SDR's legal?

Nachdem des Öfteren die Frage aufkam, ob Web-SDR's legal sind, haben wir bei der Bundesnetzagentur nachgefragt. Die schriftliche Antwort kam prompt vom Leiter des Dienstleistungszentrums in Dortmund: "Der Empfangsbetrieb von Amateurfunkaussendungen und die Weiterleitung über öffentliche Netze fällt nicht in den Regelungsbereich der Amateurfunk-Gesetzgebung (§ 9 Abs. 5 Amateurfunkverordnung - AFuV). Beim Amateurfunkdienst handelt es sich um eine Funkanwendung, deren Aussendungen an jedermann gerichtet sind, insofern ist der Empfang und die Weitergabe der an alle gerichteten Nachrichten keinen Beschränkungen unterlegen. Dies gilt sinngemäß auch für den CB-Funk."

by 13DW100