GNSS SDR（軟件定義無(wú)線電）革命性演變

軟件定義無(wú)線電（SDR），從上世紀(jì)80年代中期開(kāi)始，已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)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(zhǎng)足發(fā)展，為軟件定義無(wú)線電發(fā)展提供了良機(jī)。近10多年來(lái)，在GNSS接收機(jī)中軟件無(wú)線電（SDR）成為極其靚麗的一道風(fēng)景線，主要應(yīng)用于軍事、科研和商業(yè)應(yīng)用活動(dòng)中。無(wú)論是在采用新的頻率、新的信號(hào)、新的系統(tǒng)和增強(qiáng)可用性方面，以及采用新的處理平臺(tái)及其相關(guān)處理技術(shù)方面，都取得的突飛猛進(jìn)。圖1所示為GNSS SDR（軟件定義無(wú)線電）接收機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在多年來(lái)的演變結(jié)果，（a-d）為至今的方案，（e-f）為下一步可能實(shí)施的方案。

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

由圖可見(jiàn)，GNSS SDR通過(guò)硬件外設(shè)面向世界，該硬件的能力決定了接收機(jī)可以做什么和不可以做什么的邊界范圍。本質(zhì)上，前端外設(shè)將天線處的一個(gè)或多個(gè)模擬RF信號(hào)轉(zhuǎn)換為GPP所接受的數(shù)字基帶/ IF數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流或數(shù)據(jù)包序列。

GNSS SDR，前期得益于相鄰射頻頻譜的無(wú)線電信號(hào)廣播，諸如數(shù)字視頻廣播（地面DVB-T）和衛(wèi)星第二代（DVB-S2）接收器的應(yīng)用，從而導(dǎo)致可用于可調(diào)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(zhuān)用GNSS IC一起，是早期GNSS SDR前端的核心。后來(lái)圍繞2G/3G/4G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的集成電路的發(fā)展帶來(lái)了另一代集成電路，帶來(lái)更高的瞬時(shí)帶寬、ADC分辨率和MIMO以及重新傳輸能力。隨著用于認(rèn)知無(wú)線電，Wi-Fi，3G和長(zhǎng)期演進(jìn)或LTE的軟件定義無(wú)線電的普及以及眾籌運(yùn)動(dòng)的益處的增加，各種各樣適用的前端外圍設(shè)備迅速出現(xiàn)。這些前端中的很多都與GNSS兼容，相對(duì)于其前輩，性能顯著提高。

在特定的應(yīng)用中，原來(lái)的物理、硬件連接，已經(jīng)逐步通過(guò)云計(jì)算的軟件即服務(wù)（SaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）和基礎(chǔ)實(shí)施即服務(wù)（IaaS）這樣的商業(yè)模式，將資源管理能力作為邏輯實(shí)體進(jìn)行具象化。在云中執(zhí)行的軟件定義無(wú)線電的GNSS接收機(jī)網(wǎng)絡(luò)似乎是這一技術(shù)趨勢(shì)中的下一個(gè)順理成章的發(fā)展步驟，其中GNSS接收機(jī)不再是物理設(shè)備，而是作為服務(wù)提供的虛擬化功能（參見(jiàn)圖2）。

 圖2：基于云的GNSS信號(hào)測(cè)試過(guò)程示意圖

 虛擬化軟件應(yīng)用是個(gè)可以執(zhí)行程序，不管其底層計(jì)算機(jī)平臺(tái)若何。這可以通過(guò)將應(yīng)用及其所有軟件需求（操作系統(tǒng)，支持庫(kù)和程序）打包在一個(gè)單獨(dú)的、自包含的軟件實(shí)體中來(lái)實(shí)現(xiàn)，后者可以在任何平臺(tái)上運(yùn)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(jī)的實(shí)例稱(chēng)為虛擬化的GNSS接收機(jī)。

虛擬GNSS接收機(jī)在兩個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)了重要的好處：一是商業(yè)化，作為新的基于GNSS的服務(wù)的技術(shù)推動(dòng)者; 二是使用GNSS SDR作為科學(xué)工具，以確?？芍匦聫?fù)制性。

我們正處在軟件定義的GNSS接收機(jī)發(fā)展將帶來(lái)效益的革命性演變升級(jí)時(shí)代。GNSS社區(qū)已經(jīng)開(kāi)始跳出射頻設(shè)備發(fā)展和進(jìn)步束縛，并且利用GNSS SDR技術(shù)正在增加功能并降低成本。

同時(shí)，軟件定義無(wú)線電的GNSS接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)向多個(gè)方向發(fā)展，享受著幾乎無(wú)限的云計(jì)算處理能力，或利用完全集成的RF和主機(jī)處理器模塊。隨著GNSS接收機(jī)的使用情況和主機(jī)環(huán)境繼續(xù)多樣化，接收機(jī)靈活性和可行性的需求不斷增加，軟件定義的GNSS接收機(jī)可能成為某些專(zhuān)用用途的ASIC接收機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)者。而且，隨著互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備越來(lái)越多地提供導(dǎo)航功能，以及GNSS多種系統(tǒng)本身也在演化變革和它們之間的兼容互操作的長(zhǎng)足發(fā)展，軟件定義無(wú)線電甚至可以挖掘出自己的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái)系統(tǒng)的解決方案。

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