GNSS SDR（軟件定義無線電）革命性演變

軟件定義無線電（SDR），從上世紀80年代中期開始，已經經歷了數十年的發(fā)展。由于通用的電子元器件，特別是大規(guī)模集成電路的長足發(fā)展，為軟件定義無線電發(fā)展提供了良機。近10多年來，在GNSS接收機中軟件無線電（SDR）成為極其靚麗的一道風景線，主要應用于軍事、科研和商業(yè)應用活動中。無論是在采用新的頻率、新的信號、新的系統和增強可用性方面，以及采用新的處理平臺及其相關處理技術方面，都取得的突飛猛進。圖1所示為GNSS SDR（軟件定義無線電）接收機的拓撲結構在多年來的演變結果，（a-d）為至今的方案，（e-f）為下一步可能實施的方案。

圖1： 軟件定義無線電GNSS接收機框圖的演變，（a-d）為此前方案，（e-f）為后續(xù)方案

由圖可見，GNSS SDR通過硬件外設面向世界，該硬件的能力決定了接收機可以做什么和不可以做什么的邊界范圍。本質上，前端外設將天線處的一個或多個模擬RF信號轉換為GPP所接受的數字基帶/ IF數據的數據流或數據包序列。

GNSS SDR，前期得益于相鄰射頻頻譜的無線電信號廣播，諸如數字視頻廣播（地面DVB-T）和衛(wèi)星第二代（DVB-S2）接收器的應用，從而導致可用于可調諧到GNSS頻率段的低成本RF IC（跨越頻段從900 MHz到2.1 GHz），與專用GNSS IC一起，是早期GNSS SDR前端的核心。后來圍繞2G/3G/4G移動通信標準設計的集成電路的發(fā)展帶來了另一代集成電路，帶來更高的瞬時帶寬、ADC分辨率和MIMO以及重新傳輸能力。隨著用于認知無線電，Wi-Fi，3G和長期演進或LTE的軟件定義無線電的普及以及眾籌運動的益處的增加，各種各樣適用的前端外圍設備迅速出現。這些前端中的很多都與GNSS兼容，相對于其前輩，性能顯著提高。

在特定的應用中，原來的物理、硬件連接，已經逐步通過云計算的軟件即服務（SaaS）、平臺即服務（PaaS）和基礎實施即服務（IaaS）這樣的商業(yè)模式，將資源管理能力作為邏輯實體進行具象化。在云中執(zhí)行的軟件定義無線電的GNSS接收機網絡似乎是這一技術趨勢中的下一個順理成章的發(fā)展步驟，其中GNSS接收機不再是物理設備，而是作為服務提供的虛擬化功能（參見圖2）。

 圖2：基于云的GNSS信號測試過程示意圖

 虛擬化軟件應用是個可以執(zhí)行程序，不管其底層計算機平臺若何。這可以通過將應用及其所有軟件需求（操作系統，支持庫和程序）打包在一個單獨的、自包含的軟件實體中來實現，后者可以在任何平臺上運行。然后可以將在虛擬環(huán)境中執(zhí)行的軟件定義的GNSS接收機的實例稱為虛擬化的GNSS接收機。

虛擬GNSS接收機在兩個領域帶來了重要的好處：一是商業(yè)化，作為新的基于GNSS的服務的技術推動者; 二是使用GNSS SDR作為科學工具，以確?？芍匦聫椭菩?。

我們正處在軟件定義的GNSS接收機發(fā)展將帶來效益的革命性演變升級時代。GNSS社區(qū)已經開始跳出射頻設備發(fā)展和進步束縛，并且利用GNSS SDR技術正在增加功能并降低成本。

同時，軟件定義無線電的GNSS接收機體系結構已經向多個方向發(fā)展，享受著幾乎無限的云計算處理能力，或利用完全集成的RF和主機處理器模塊。隨著GNSS接收機的使用情況和主機環(huán)境繼續(xù)多樣化，接收機靈活性和可行性的需求不斷增加，軟件定義的GNSS接收機可能成為某些專用用途的ASIC接收機的競爭者。而且，隨著互聯網連接設備越來越多地提供導航功能，以及GNSS多種系統本身也在演化變革和它們之間的兼容互操作的長足發(fā)展，軟件定義無線電甚至可以挖掘出自己的競爭優(yōu)勢，成為未來系統的解決方案。

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