GNSS SDR(软件定义无线电)革命性演变

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软件定义无线电(SDR),从上世纪80年代中期开始,已经经历了数十年的发展。由于通用的电子元器件,特别是大规模集成电路的长足发展,为软件定义无线电发展提供了良机。近10多年来,在GNSS接收机中软件无线电(SDR)成为极其靓丽的一道风景线,主要应用于军事、科研和商业应用活动中。无论是在采用新的频率、新的信号、新的系统和增强可用性方面,以及采用新的处理平台及其相关处理技术方面,都取得的突飞猛进。图1所示为GNSS SDR(软件定义无线电)接收机的拓扑结构在多年来的演变结果,(a-d)为至今的方案,(e-f)为下一步可能实施的方案。

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图1:软件定义无线电GNSS接收机框图的演变,(a-d)为此前方案,(e-f)为后续方案

由图可见,GNSS SDR通过硬件外设面向世界,该硬件的能力决定了接收机可以做什么和不可以做什么的边界范围。本质上,前端外设将天线处的一个或多个模拟RF信号转换为GPP所接受的数字基带/ IF数据的数据流或数据包序列。

GNSS SDR,前期得益于相邻射频频谱的无线电信号广播,诸如数字视频广播(地面DVB-T)和卫星第二代(DVB-S2)接收器的应用,从而导致可用于可调谐到GNSS频率段的低成本RF IC(跨越频段从900 MHz到2.1 GHz),与专用GNSS IC一起,是早期GNSS SDR前端的核心。后来围绕2G/3G/4G移动通信标准设计的集成电路的发展带来了另一代集成电路,带来更高的瞬时带宽、ADC分辨率和MIMO以及重新传输能力。随着用于认知无线电,Wi-Fi,3G和长期演进或LTE的软件定义无线电的普及以及众筹运动的益处的增加,各种各样适用的前端外围设备迅速出现。这些前端中的很多都与GNSS兼容,相对于其前辈,性能显着提高。

在特定的应用中,原来的物理、硬件连接,已经逐步通过云计算的软件即服务(SaaS)、平台即服务(PaaS)和基础实施即服务(IaaS)这样的商业模式,将资源管理能力作为逻辑实体进行具象化。在云中执行的软件定义无线电的GNSS接收机网络似乎是这一技术趋势中的下一个顺理成章的发展步骤,其中GNSS接收机不再是物理设备,而是作为服务提供的虚拟化功能(参见图2)。

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图2:基于云的GNSS信号测试过程示意图

虚拟化软件应用是个可以执行程序,不管其底层计算机平台若何。这可以通过将应用及其所有软件需求(操作系统,支持库和程序)打包在一个单独的、自包含的软件实体中来实现,后者可以在任何平台上运行。然后可以将在虚拟环境中执行的软件定义的GNSS接收机的实例称为虚拟化的GNSS接收机。

虚拟GNSS接收机在两个领域带来了重要的好处:一是商业化,作为新的基于GNSS的服务的技术推动者; 二是使用GNSS SDR作为科学工具,以确保可重新复制性。

我们正处在软件定义的GNSS接收机发展将带来效益的革命性演变升级时代。GNSS社区已经开始跳出射频设备发展和进步束缚,并且利用GNSS SDR技术正在增加功能并降低成本。

同时,软件定义无线电的GNSS接收机体系结构已经向多个方向发展,享受着几乎无限的云计算处理能力,或利用完全集成的RF和主机处理器模块。随着GNSS接收机的使用情况和主机环境继续多样化,接收机灵活性和可行性的需求不断增加,软件定义的GNSS接收机可能成为某些专用用途的ASIC接收机的竞争者。而且,随着互联网连接设备越来越多地提供导航功能,以及GNSS多种系统本身也在演化变革和它们之间的兼容互操作的长足发展,软件定义无线电甚至可以挖掘出自己的竞争优势,成为未来系统的解决方案。


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本文转自 北斗时空

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