軟件定義無(wú)線電如何能徹底改變無(wú)線1976年，兩個(gè)毛茸茸的頭發(fā)的大學(xué)輟學(xué)生創(chuàng)辦被稱為蘋果公司生產(chǎn)的個(gè)人電腦公司。該公司的前景看起來(lái)那么差的第三個(gè)聯(lián)合創(chuàng)始人放棄為800美元，同年他在該公司10%的股份。它根本并不清楚為什么會(huì)有人希望蘋果公司的我的電腦。這是供電不足，許多已經(jīng)在市場(chǎng)上的大型機(jī)和小型機(jī)的功能，它不能執(zhí)行。大多數(shù)消費(fèi)者在自己家中的電腦有沒(méi)有興趣。今天，當(dāng)然，蘋果公司是世界上最大的公司市值。什么是重要的蘋果，我是不是原始版本的微薄的能力，但它在未來(lái)的幾十年里舉行的快速創(chuàng)新的承諾。現(xiàn)在，每惡習(xí)一家名為希望做的是蘋果沒(méi)有計(jì)算為無(wú)線通信。它是賣軟件的定義無(wú)線電齒輪稱為披認(rèn)為，像蘋果我，是可能以小利息以普通消費(fèi)者的是(甚至一度售價(jià)在同一的蘋果我，666.66美元點(diǎn)，但此后一直放在750美元)。但是，設(shè)備和其他類似的，有可能改變無(wú)線產(chǎn)業(yè)。這一次，將取決于黑客啟用無(wú)線電信號(hào)處理軟件中的革命。軟件定義無(wú)線電的通用性傳統(tǒng)的射頻芯片是硬有線通信使用一個(gè)特定的協(xié)議。例如，一個(gè)典型的手機(jī)有幾種不同的芯片來(lái)處理各種無(wú)線電通訊：談手機(jī)天線塔，另一聯(lián)系WiFi基站，接收GPS信號(hào)第三，第四與藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行通信。相比之下，軟件定義的無(wú)線電硬件與原始的電磁信號(hào)，依靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的應(yīng)用程序。這使得軟件定義的無(wú)線電設(shè)備極其多才多藝。有了合適的軟件，一個(gè)單一的軟件定義的無(wú)線電芯片可以執(zhí)行所有這些在您的手機(jī)，除了許多其他特殊用途的射頻芯片的功能。它可以錄制調(diào)頻廣播和數(shù)字電視信號(hào)，讀取RFID芯片，跟蹤船舶位置，或做射電天文學(xué)的原則，它可以同時(shí)執(zhí)行所有這些功能。軟件定義的無(wú)線電硬件，也使快速原型新的通信協(xié)議。軟件定義的無(wú)線電將有可能在根本上新的方式使用電磁頻譜。大多數(shù)無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)，今天被設(shè)計(jì)為使用一個(gè)固定的，窄頻帶。相比之下，軟件定義的無(wú)線電設(shè)備，可以調(diào)成許多不同頻率的同時(shí)，使得通信計(jì)劃，那會(huì)不會(huì)是與傳統(tǒng)的無(wú)線電設(shè)備是可行的。最顯著，廣泛采用的軟件定義無(wú)線電硬件可能破壞FCC的電磁頻譜本身的控制。現(xiàn)在，F(xiàn)CC，主要側(cè)重于傳輸頻率的無(wú)線電硬件的限制。但這種監(jiān)管方法是軟件定義并不局限于任何特定頻率的無(wú)線電設(shè)備可能不佳。電波有效放松管制可能造成頭痛，粗心愛(ài)好者的污染帶已為其他應(yīng)用程序保留的頻率。但它也可能迎來(lái)一個(gè)前所未有的無(wú)線電創(chuàng)新的時(shí)代，數(shù)百萬(wàn)的人有機(jī)會(huì)，直到最近的專屬領(lǐng)域，資金雄厚的工業(yè)實(shí)驗(yàn)室與技術(shù)實(shí)驗(yàn)。先驅(qū)自成立以來(lái)，軟件定義無(wú)線電有政治意味。十年前，一些早期的軟件無(wú)線電愛(ài)好者成為“廣播標(biāo)志”，然后在華盛頓的辯論肆虐的興趣。好萊塢想迫使消費(fèi)電子企業(yè)在高清晰度電視節(jié)目，將標(biāo)志著消費(fèi)者被允許做電視內(nèi)容的元數(shù)據(jù)的檢測(cè)和遵守。埃里克開(kāi)花，稱為GNURadio的一個(gè)軟件項(xiàng)目的創(chuàng)始人，希望在軟件中實(shí)現(xiàn)高清晰度電視接收機(jī)，并釋放它作為開(kāi)源將證明這種做法是徒勞的。他認(rèn)為，即使政府強(qiáng)迫他的項(xiàng)目，以實(shí)施“廣播標(biāo)志，任何人都可以調(diào)整源禁用廣播標(biāo)志代碼，然后重新編譯它。Ettus說(shuō)用于建設(shè)的ATSC接收機(jī)的硬件“是不是別人可以出去買。”此外，它“不能很好地為我們做什么。”它只能捕捉窄譜片：至多100千赫。這是足夠的法律和秩序的重播，但Ettus認(rèn)為要充分發(fā)揮軟件定義無(wú)線電技術(shù)的全部潛力，將需要更好的硬件。“要做到更有趣的事情，你需要更多的硬件，Ettus說(shuō)。”他想捕捉的頻率范圍更廣。他想等先進(jìn)功能，如能力，同時(shí)處理多個(gè)天線。USRP的“我走了很長(zhǎng)一段時(shí)間，試圖說(shuō)服別人來(lái)建設(shè)這件事情，沒(méi)有人會(huì)”，Ettus告訴我們。因此，在2003年，他開(kāi)始成為通用軟件無(wú)線電外設(shè)(USRP)的工作。在2004年，他辭去他的工作，作為對(duì)傳統(tǒng)的無(wú)線電產(chǎn)品的工作把重點(diǎn)放在USRP的專職工程師，他的第一臺(tái)機(jī)組于2005年1月1日出貨。今天，Ettus研究建立了一個(gè)專門設(shè)計(jì)的軟件定義無(wú)線電設(shè)備的范圍。工作USRP的系統(tǒng)來(lái)分為三個(gè)部分：主要USRP的框，一個(gè)RF子板，以及一臺(tái)電腦。該子板處理實(shí)際接收的無(wú)線電信號(hào)，和模擬信號(hào)傳遞到主USRP的單位。ettus向我們解釋，從那里發(fā)生的事情。“首先，它的模擬信號(hào)向數(shù)字轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA的高速加工，用戶可以對(duì)它進(jìn)行修改，并提出各種各樣有趣的事情，在那里所有。最基本的配置，F(xiàn)PGA降低采樣率，做了一些頻率轉(zhuǎn)換，然后發(fā)送“到CPU接口。USRP的連接到電腦的接口是最主要的區(qū)別于對(duì)方的各種USRP的車型。最便宜的模型(費(fèi)用650元)，提供了一個(gè)相對(duì)緩慢的USB連接用戶的計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)。最昂貴的模型(耗資1700美元)有一個(gè)千兆以太網(wǎng)接口。在此期間，該公司提供“嵌入”模型，其中包括一個(gè)內(nèi)置的CPU能夠運(yùn)行一個(gè)完整的Linux發(fā)行版，這使得它能夠作為一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備。每個(gè)RF子板設(shè)計(jì)用于接收不同的頻率范圍。“我們需要很多不同的子板，涵蓋了一個(gè)有趣的頻率范圍內(nèi)，”他告訴我們。“當(dāng)我們剛開(kāi)始的時(shí)候，你只能得到幾百兆赫不俗的表現(xiàn)，但由于技術(shù)先進(jìn)，我們已經(jīng)得到了更廣泛的新的和較新的子板。”Ettus說(shuō)USRP的最有趣的應(yīng)用之一，一直為開(kāi)源手機(jī)電話。用戶已經(jīng)配置USRPs提供GSM移動(dòng)電話服務(wù)，部署“在許多地方，從燃燒的男子在太平洋的小島嶼。”USRP的可編程性，使得它比傳統(tǒng)的蜂窩齒輪多才多藝，是不尋常的環(huán)境的理想選擇。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全的研究是另一個(gè)USRP的關(guān)鍵應(yīng)用。例如，一個(gè)研究小組使用USRP的發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)商業(yè)上可用的心臟起搏器的無(wú)線通信協(xié)議的安全漏洞。“如果你想確定無(wú)線安全性，您需要能夠發(fā)送那些有趣的數(shù)據(jù)包的設(shè)備，”他說(shuō)。“你需要完全控制你發(fā)送的數(shù)據(jù)包，您需要檢查接收到的數(shù)據(jù)包在一個(gè)基本水平。”傳統(tǒng)的無(wú)線硬件無(wú)法比擬的靈活性，這種應(yīng)用軟件定義的無(wú)線電硬件。一個(gè)新的挑戰(zhàn)者到目前為止，USRP的主導(dǎo)的軟件定義無(wú)線電世界。但是，可以改變與披每惡習(xí)從YCombinator的啟動(dòng)，新設(shè)備的引進(jìn)。ARS談到聯(lián)合創(chuàng)始人維克多Wollesen。“USRP的是一個(gè)偉大的產(chǎn)品，這是我們真正開(kāi)始我們的原型的努力，”他告訴我們。“USRP的第一帶來(lái)的成本下降的地步愛(ài)好者和學(xué)術(shù)界人士能夠開(kāi)始播放與無(wú)線設(shè)備。”但他表示，披有幾個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)。首先，它實(shí)現(xiàn)為一個(gè)PCIExpress卡，可提供高達(dá)8Gbps的帶寬的CPU。wollesen說(shuō)，該接口是不是一個(gè)性能瓶頸的速度不夠快。其次，披的是一個(gè)單一的集成包。被設(shè)計(jì)為高度可配置的USRP。正如我們所看到的，這意味著用戶必須購(gòu)買單獨(dú)為他們?cè)诮邮栈虬l(fā)送感興趣的特定頻率范圍的子板。相比之下，Wollesen說(shuō)，他的投球給用戶的是“這里有能力，這里的建筑，我們會(huì)為您提供。”披略小于USRP的多才多藝，但減少了設(shè)備的復(fù)雜性使得它更容易上手經(jīng)驗(yàn)不足的用戶。容易像Rails也許USRP的披之間最根本的區(qū)別是目標(biāo)市場(chǎng)。ettus集中在相對(duì)復(fù)雜的客戶服務(wù)。“你不會(huì)看到弗萊的百思買我們的東西，”他告訴我們。相比之下，希望每惡習(xí)，給群眾帶來(lái)的軟件定義無(wú)線電的好處。他提請(qǐng)相似之處樹莓PI和Arduino的都便宜，簡(jiǎn)單的設(shè)備，已被證明與愛(ài)好者廣受歡迎的。750美元，只要披成本最便宜的加的子板USRP的捆綁Ettus研究提供。它還擁有一個(gè)更快的接口。和Wollesen希望在未來(lái)幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)大幅降價(jià)。“天文數(shù)字般的價(jià)格下降與規(guī)模，”他告訴我們。由于成本披下來(lái)，他希望有更多的人將成為嘗試用軟件定義無(wú)線電感興趣。“我們希望人們能夠設(shè)計(jì)與建設(shè)一樣輕松射頻協(xié)議的Rails應(yīng)用程序”，他說(shuō)。最終，Wollesen設(shè)想在未來(lái)，每個(gè)家庭有一個(gè)軟件定義的無(wú)線電設(shè)備。“我們看到我們的設(shè)備被用來(lái)作為一個(gè)中心，就是能夠采取任何無(wú)線信號(hào)的過(guò)程中，并重新包。一個(gè)普遍的路由器，”他說(shuō)。“如果我是要告訴你，你需要一個(gè)Word文檔一臺(tái)筆記本電腦，另一個(gè)用于電子郵件，另一個(gè)紙牌的，是1的觀點(diǎn)荒謬點(diǎn)。然而，這正是什么你在無(wú)線看到現(xiàn)在，”他告訴我們。“我們正在努力倡導(dǎo)一種經(jīng)濟(jì)的平臺(tái)，做同樣的事情，做的第一微機(jī)。”軟件定義無(wú)線電的硬件，他說(shuō)，提供“應(yīng)用程序可以利用的內(nèi)在能力。我們的設(shè)備，裝上一個(gè)軟件可以取代路由器，手機(jī)，基站，或車庫(kù)門開(kāi)啟。”眼下，大多數(shù)人可能無(wú)法想象，為什么他們想要在自己家中的軟件定義的無(wú)線電硬件。但人們說(shuō)，大約在20世紀(jì)70年代的微機(jī)同樣的事情。聰明的頻譜使用經(jīng)營(yíng)作為一種普遍的樞紐，是一個(gè)可能的應(yīng)用軟件定義無(wú)線電。另一種是使用電磁頻譜本身更有效。湯姆回旋曲湯姆回旋曲運(yùn)行GNURadio的項(xiàng)目，他從埃里克·桃花在2009年的工作。他還沒(méi)有研究，軟件定義無(wú)線電技術(shù)，在賓夕法尼亞大學(xué)。他向我們解釋軟件定義的無(wú)線電，可能導(dǎo)致更有效的頻譜使用。傳統(tǒng)的無(wú)線電通信發(fā)生在狹窄，監(jiān)管機(jī)構(gòu)指定的固定頻率帶。例如，在美國(guó)ATSC電視廣播，AM和FM無(wú)線電頻譜塊預(yù)留。這個(gè)相當(dāng)官僚的方法不一定最有效地利用頻譜。FCC已經(jīng)有效地“砍掉塊土地，沒(méi)有人可以觸摸，”龍多說(shuō)。他畫了一個(gè)比較舊的分組交換和電路交換網(wǎng)絡(luò)之間的辯論。電路交換電話網(wǎng)絡(luò)提供呼叫者的帶寬保證，確保高質(zhì)量的服務(wù)。但對(duì)于許多應(yīng)用這種方法是一種浪費(fèi)，因?yàn)樽趯ｉT能力未使用的大部分時(shí)間。回旋曲認(rèn)為，一個(gè)共享的，盡力而為的方法可以導(dǎo)致更有效地利用可用帶寬。相同點(diǎn)適用于電磁頻譜。我們已經(jīng)覆蓋的“白色空間”的建議，允許在未使用的頻譜未經(jīng)許可使用電視頻段。但是，F(xiàn)CC最終批準(zhǔn)的空白器件仍然相對(duì)“沉默”，決定哪些頻率發(fā)送咨詢集中的地理數(shù)據(jù)庫(kù)。回旋曲認(rèn)為，復(fù)雜的“認(rèn)知無(wú)線電”的設(shè)備可以共享的電磁頻譜，更有效地適應(yīng)他們的環(huán)境和對(duì)方。擴(kuò)頻wollesen同意，他興奮約相關(guān)技術(shù)稱為“擴(kuò)頻。”“率，您可以在哪些編碼信息，它可以接收功率水平，和你所需要的頻譜數(shù)量之間有一個(gè)權(quán)衡，”Wollesen告訴我們。他指出，全球定位系統(tǒng)作為一個(gè)例子：GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)是非常。遙遠(yuǎn)和發(fā)送一個(gè)相對(duì)較弱??的信號(hào)。而是因?yàn)樗麄冊(cè)诳深A(yù)見(jiàn)的格式的數(shù)據(jù)傳輸少量，GPS硬件是能夠重建的微弱信號(hào)。wollesen告訴我們，而是比在窄幅高功率的頻率傳輸數(shù)據(jù)，1軟件的定義的無(wú)線電設(shè)備可以傳輸跨1的頻率極寬的范圍在低功率，如此低，它是潛移默化的常規(guī)無(wú)線電設(shè)備的數(shù)據(jù)在相同的頻率運(yùn)行。wollesen認(rèn)為，智能軟件算法就能挖出這些微弱信號(hào)的噪聲，更有效地比傳統(tǒng)的無(wú)線電硬件管理。因?yàn)闇贤梢酝瑫r(shí)出現(xiàn)在許多頻率，整體數(shù)據(jù)傳輸速率可以是可敬的，即使在任何給定頻率的功率水平低。擾亂了FCC鑒于在傳統(tǒng)的監(jiān)管類別，適合軟件無(wú)線電如此糟糕，我們不知道如何像披設(shè)備可能在所有的法律。答案是，F(xiàn)CC的規(guī)定和其他國(guó)家免于許多的監(jiān)管限制，適用于消費(fèi)者的無(wú)線電硬件實(shí)驗(yàn)室設(shè)備相媲美的法規(guī)。USRP的披都采取豁免的優(yōu)勢(shì)。例如，披手冊(cè)包括一個(gè)聲明“工程，研究或科學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用的設(shè)備，它是開(kāi)放式辦公或住宅用途。”也，根據(jù)Wollesen的，規(guī)則是為低功耗設(shè)備，傳輸更多的寬容。“大多數(shù)監(jiān)管力度集中在功率水平，”他告訴我們。，更繁瑣的監(jiān)管機(jī)構(gòu)施加更強(qiáng)大的設(shè)備的傳輸。“我們旨在為我們的設(shè)備操作這些閾值以下，而不是在一個(gè)頻率大聲說(shuō)，我們要發(fā)言多個(gè)頻率。”他希望，保持功率水平下，將“避免了大量的監(jiān)管框架。”堅(jiān)持以低功耗應(yīng)用，可能是一個(gè)很好的方式，以避免在短期內(nèi)的監(jiān)管頭痛。但是，軟件定義無(wú)線電技術(shù)越來(lái)越流行，會(huì)有一個(gè)軟件定義的無(wú)線電設(shè)備，傳輸更高的功率水平的日益增長(zhǎng)的需求。，這將構(gòu)成一個(gè)真正的難題，為世界的監(jiān)管。到現(xiàn)在為止，如FCC的監(jiān)管機(jī)構(gòu)都依賴于一個(gè)事實(shí)，即傳統(tǒng)的無(wú)線設(shè)備是硬有線傳輸僅在某些頻率。通過(guò)檢查設(shè)備，在他們離開(kāi)工廠之前，監(jiān)管機(jī)構(gòu)可以確保每臺(tái)設(shè)備停留在其指定的車道。但是，軟件定義無(wú)線電應(yīng)用此模型是有問(wèn)題的。FCC可能需要設(shè)備制造商出售鎖定的編程只傳輸頻率FCC認(rèn)證的設(shè)備。但這種裝置將是一個(gè)越獄社區(qū)多汁目標(biāo)。和太多的鎖定會(huì)限制硬件的效用。海盜電臺(tái)2.0然后，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，軟件定義的無(wú)線電硬件的蔓延可能削弱監(jiān)管機(jī)構(gòu)的權(quán)力，以控制電磁頻譜。這不會(huì)是一個(gè)全新的發(fā)展。未經(jīng)授權(quán)的廣播電臺(tái)已經(jīng)存在只要電波得到調(diào)節(jié)。例如，在20世紀(jì)60年代，廣播電臺(tái)，在國(guó)際水域漂浮炮轟流行音樂(lè)進(jìn)入英國(guó)國(guó)有壟斷廣播只提供編程當(dāng)局被視為更有益健康。從這些海盜電臺(tái)的壓力催生了法律的流??行音樂(lè)介紹到英國(guó)的電波。運(yùn)行近海海盜電臺(tái)是足夠昂貴，當(dāng)局最終能夠關(guān)閉他們通過(guò)法律，切斷流動(dòng)廣告收入下降。控制未經(jīng)授權(quán)的傳輸可能是更大的挑戰(zhàn)，在未來(lái)的每一個(gè)無(wú)線路由器和手機(jī)有一個(gè)軟件定義的無(wú)線電芯片等待越獄。可以削弱政府的力量來(lái)控制電波在大致相同的方式，互聯(lián)網(wǎng)，軟件如BitTorrent，削弱政府的權(quán)力來(lái)控制版權(quán)作品的分布。“如果你在網(wǎng)上看現(xiàn)在，4Ch