Если вы услышите"Software-Defined Radio (SDR)"Пять иероглифов, первая ассоциация —"Жёсткое ядро, далёкое, не имеет ко мне никакого отношения"——Эта книга написана именно для вас.
На этот раз Алиса снова отправляется в путь. Она покажет вам функции связи.Как это может быть повторно реализовано программным обеспечениемФункции, изначально «зашитые» в аппаратное обеспечение, каким образом переопределяются строка за строкой кода.
Так появилась эта книга «Алиса в стране программно-определяемых радиосистем»——Одно из мероприятий, направленных на"Software-Defined Radio (SDR)"Познавательное путешествие с элементами фантастического приключения.
🌟 Основная идея в одном предложении
В старом мире коммуникационное оборудование напоминало отдельные здания.Запаянный замокКаждая комната выполняет свою строго определённую функцию и не подлежит изменению или переносу. А программно-определяемое радио (SDR) превращает эти изолированные комнаты в единое целое —Можно разобрать на блоки и собрать заново.замок——То же самое аппаратное обеспечение сегодня может быть радиоприёмником, завтра — радаром, а послезавтра — устройством, о котором вы ещё даже не подумали.
Вот о чём на самом деле хочет рассказать эта книга: когда"Программное обеспечение становится душой"Как изменится мир связи.
🗺️ Карта всей книги (13 станций)
- Вступление｜Попадание в «переопределяемую» деревянную норуАлиса открыла учебник «Основы связи» и одним прыжком оказалась в кроличьей норе программно-определяемого радио (SDR).
- Глава 1. «Железные клетки»В старом мире устройства, спаянные намертво и не подлежащие модификации, напоминают отдельные изолированные комнаты.
- Глава 2. Манифест программного обеспеченияКод льётся, как водопад,"A/D По возможности ближе к антенне"——Программное обеспечение начинает брать всё под свой контроль.
- Глава 3. Тело Software-Defined Radio (SDR)От антенны к цифровому сигналу и обратно — полная схема прохождения сигнала.
- Глава четвёртая | Сцена трёх братьев：FPGA、DSP、CPU Как организовать совместную работу и распределение задач на одной плате.
- Глава 5. Цифровой преобразователь частоты：DDC / DUC Как изменить частоту"Программно-определяемое радио (SDR); Технологическая компания «Даяо»; «Тяньвэнь»; «Тяньган»; «Тяньпу»; «Тяньюй»; «Тяньгун»; USRP, RF210, B210, FPGA, AD9361, DDC, DUC, MATLAB, LabVIEW, SDR, RF, АЦП, ЦАП."Да"Программное радио -> Software-Defined Radio (SDR); Даояо Технолоджи -> Dayao Technology; Тяньвэнь -> Tianwen; Тяньган -> Tiangang; Тяньпу -> Tianpu; Тяньюй -> Tianyu; Тяньгун -> Tiangong; USRP, RF210, B210, FPGA, AD9361, DDC, DUC, MATLAB, LabVIEW, SDR, RF, ADC, DAC."Удалить.
- Глава шестая | Выставка аппаратного обеспеченияОт нескольких десятков юаней до нескольких сотен тысяч юаней — разнообразные платы представлены здесь в полном объёме.
- Глава 7. Замок из кубиков: обработка сигналов разделена на компоненты, которые можно перетаскивать и переупорядочивать"Конструктор"Модуль.
- Глава 8. Первое изделиеСледуя за Алисой, соберите свою первую радиостанцию с помощью потоковой диаграммы. FM Радиоприёмник.
- Глава 9. Радар, радиоастрономия и когнитивные технологииКак одной и той же плате придать четыре совершенно разных «личности».
- Глава 10. От профессионального уровня к народномуКак Software-Defined Radio (SDR) вышла из таинственной профессиональной сферы и вошла в лаборатории и студии.
- Глава 11. КалейдоскопОдна плата — бесконечные возможности——Воображаемые границы программно-определяемого радио (SDR).
- Финал | Возвращение к берегу рекиКогда программное обеспечение становится душой, мир связи меняется.
👥 Для кого предназначена эта книга
- Хочу разобраться в Software-Defined Radio (SDR), но меня отпугивают формулы.читатель без базовых знаний
- Связь / Электроника / специальности, связанные с автоматизациейстудент
- Хочу самостоятельно работать с платами и реализовывать проекты.Инженеры и энтузиасты
- и——Все ещё помнят"Алиса, гоняющаяся за кроликом"的Любопытный человек
📖 Как читать
Рекомендуется читать книгу от начала до конца, следуя по стопам Алисы. В книге подробно рассматриваются РЧ-передатчик и приемник (RF), аналого-цифровое преобразование (ADC),FPGAцифровое преобразование частоты, выбор аппаратного обеспечения, программирование потоковых графов"жёсткие термины"все это вплетено в историю. Если вы столкнётесь с непонятными понятиями — не паникуйте, просто продолжайте читать: история сама свяжет их воедино.
Сегодня мы начнём с раздела «Вступление».
Вместе с Алисой упасть в ту..."перепрограммируемый"деревянная нора.
Вступление｜Падение в «переопределяемую» деревянную нору
Алиса вернулась из своего первого приключения три недели назад.
Она больше никогда не гналась за кроликами. Не потому, что стала более сдержанной.——а потому, что она нашла занятие более увлекательное, чем погоня за кроликом: она начала внимательно изучать учебник сестры «Основы радиосвязи».
Те формулы и блок-схемы, которые когда-то вызывали у неё сонливость, теперь предстали перед ней в ином свете. Когда она видела их на страницах книги…“модуляция”При двух словах перед глазами возникает карусель.AMподъёмы и спады; увидеть“Кодирование”В это время в ушах звучит шёпот из табачных колец, выпускаемых «кодирующими насекомыми»; видя“Синхронизация”В то время сияние золота, серебра, бронзы и железа четырёх больших часов на Башне часов всё ещё мерцало перед глазами.
Она уже способна понимать половину содержания.
Но вторую половину она не понимала.
Не потому, что она не может понять формулы.——а потому что в книге она обнаружила вопрос, который её озадачил:
Каждая функция, описанная в этой книге, реализована с помощью специализированных аппаратных схем.
Она открыла книгу на главе, посвящённой приёмникам с амплитудной модуляцией, где была изображена детекторная схема, состоящая из диода, конденсатора и катушки индуктивности.“Аппаратное обеспечение пропаяно, поэтому оно может выполнять только эту одну задачу.”Затем она перелистнула к главе о FM-радиоприёмнике, где схема совершенно иная.“Смена функции требует замены всего комплекта аппаратного обеспечения.”
Она снова открыла главу о радиолокации.“Схема радара в сто раз сложнее схемы радиоприёмника.”Переверните ещё раз.Wi-FiТа глава.“Ещё одна совершенно иная схема.”
Алиса закрыла книгу и долго смотрела на обложку.
“Почему не может существовать универсальная плата?‘универсальная печатная плата’，”Она пробормотала себе под нос:“Установите программное обеспечение радиоприёмника — и устройство превращается в радиоприёмник, установите программное обеспечение радара — и оно становится радаром, установите…Wi-FiПрограммное обеспечение — этоWi-Fi? Как будто……Точно так же, как я становлюсь другим человеком, надевая разную одежду?”
Она ждала появления белого кролика.
Белый кролик не пришёл.
Она ждала весь послеобеденный период, съела три печенья, выпила чашку чая и двадцать шесть раз посмотрела в окно.——Белый кролик так и не появился.
“Похоже, в первый раз это было просто случайностью.”Алиса вздохнула, положила книгу на тумбочку и приготовилась спать.
Она задула свечу.
В темноте раздался голос. Он доносился не из-за окна и не просачивался через щель под дверью.——а скорее из-между страниц книги, как звук, долго сдерживавшийся и наконец нашедший выход:
«Вы правы. Почему бы и нет?»
Алиса резко села и снова зажгла свечу.
Эта книга написана в соавторстве. Но между страницами просвечивает тонкая полоска света.——Это не свет свечи, а голубой, текучий свет, похожий на поток сигнала. Этот свет просачивается из-между страниц книги и в воздухе собирается в одну строку текста:
«Аппаратное обеспечение — это тело, программное обеспечение — душа. Почему тело может иметь лишь одну душу?»
Затем книга“Бах”с треском открылась сама по себе. На той странице, на которую она раскрылась, была нарисована иллюстрация, которую она никогда раньше не видела.——Не схема электрической цепи и не осциллограмма, а изображениеСхема обработки сигналовЯркие модульные блоки, соединённые стрелками, образуют полную цепочку обработки сигнала. Рядом на той же странице изображена другая схема: те же модульные блоки, но расположенные совершенно иным способом, формируют принципиально иную систему.
Под двумя рисунками мелким шрифтом написана поясняющая надпись:
«Одно и то же аппаратное обеспечение, разное программное обеспечение — совершенно различные функции.»
Алиса даже не успела рассмотреть подробно, как снаружи внезапно раздались торопливые шаги.
Она открыла окно.——
одинБелый КроликСтоит на подоконнике.
Но он совершенно изменился по сравнению со своим первым приключением. На этот раз он не надевал жилет и не носил карманные часы. Он был одет в рубашку с принтом“GNU Radio”чёрного цвета с надписьюTСюй держит в объятиях синюю печатную плату размером с ладонь.——Сверху припаяны разъёмы антенны.USBИнтерфейсы, различные микросхемы, индикаторные светодиоды мигают — как крошечное сердце, бьющееся в ритме.
Белый Кролик не сказал.“Уже поздно.”Он просто поднял эту плату перед Алисой и произнёс:
«Попробуйте. Одна и та же плата, но разное программное обеспечение. Установите это ПО — и она превращается в радиоприёмник. Установите то ПО — и она становится анализатором спектра. Смените ПО ещё раз — и она превращается в радар».
“Как это заменить?”Алиса спросила.
“С использованием кода.”Белый Кролик сказал:“Определение через программное обеспечение. Функции реализуются в виде программного кода, а не пропаиваются на печатной плате.”
Он повернулся и прыгнул в окно, исчезнув во мраке ночи.
Алиса даже не задумалась, схватила лежавшую на столе книгу, перелезла через подоконник и бросилась в погоню. В её руке была книга «Основы связи», а между страниц слабо мерцала синяя надпись:“Одно и то же аппаратное обеспечение, различное программное обеспечение——Совершенно разные функции.”
На этот раз дупло не находилось на берегу реки. Оно появилось под забором в конце сада.——Место, которого раньше не существовало: ровные края, над отверстием — маленькая дощечка с тремя иероглифами.
«Переопределяемый».
Алиса нагнулась и протиснулась внутрь.
Падение.
Как и в первый раз, это — глубокий бездонный вертикальный колодец. Однако на этот раз на его стенках не висят синусоидальные, прямоугольные и треугольные волны.——а скорее целые картиныДинамически изменяющаяся блок-схемаЦветные блоки быстро скользят по стенке шахты, перестраиваясь, как калейдоскоп: на первом кадре — набор блоков, сложенных в одну фигуру.“FMрадиоприёмник”Потоковая диаграмма, второй кадр превратился в“Анализатор спектра”потоковая диаграмма, а третий кадр снова превращается в“Радиолокационное измерение расстояния”потоковая диаграмма……На одной и той же платформе расположение кубиков изменяется каждую секунду, и каждый вариант их размещения соответствует совершенно другой функции радиосвязи.
Алиса протянула руку, чтобы прикоснуться к одной из них.“ФНЧ”Конструктор——Он выглядит как красный кирпичик LEGO.——Но едва она протянула руку, как вся схема расплавилась и перестроилась в другую.
“Не трогать!”Голос прозвучал рядом с ней.“Ваш потоковый граф находится в режиме выполнения. При любом вашем вмешательстве всё идёт наперекосяк.”
Алиса обернулась.
Белый Кролик сидел на выступающей площадке в стене колодца, а на его коленях лежала синяя печатная плата, светодиоды которой по-прежнему мигали. Рядом с ним сидел одинКот Чеширский——Нет, это не та кошка, которую она видела в прошлый раз. У той кошки шерсть переливалась всеми цветами радуги, а у этой кошки тело…полупрозрачныйда, как прозрачное стекло, внутри которого течёт синий поток данных — от головы до кончика хвоста и обратно по кругу.
“Вы……Брат «Спектрального кота»?”Алиса осторожно спросила.
Прозрачный кот улыбнулся во весь рот.——В его улыбке нет зубов — только последовательность постоянно прокручивающихся символов кода, мерцающих на месте губ.
“Позови меняFlow Graph Cat”Эта кошка сказала:“Спектральный кот-менеджер‘Как посмотреть частоту?’Я отвечаю за‘функция’Добро пожаловать!——Мир, определяемый программным обеспечением.”
Алиса продолжала падать. Внизу становилось всё светлее, и она увидела очертания огромного замка.——Нет, это не комнаты старого мира, сложенные из кирпича и камня, а здание, построенное изБесчисленные блок-схемы в проекцииСоставляющий город. Каждое здание в этом городе представляет собой развернутую блок-схему обработки сигналов, а здания соединены между собой виртуальными линиями передачи данных. Весь город одновременно выполняет миллионы различных функций, однако аппаратная основа остаётся неизменной.
Она встала на обе ноги.
Поверхность под ногами — это не почва и не камень.——а представляет собой платуПрограммируемая платакак гигантский сенсорный экран, на котором отображается строка приветственного текста:
«Здесь — мир программно-определяемого радио (SDR). Одно и то же тело может надеть бесконечное количество одежды.»
Алиса подняла голову.
Перед ней раскинулся огромный портик, над косяком которого была выгравирована строка, полностью совпадающая с той синей строкой, что находилась на страницах её учебника «Основы радиосвязи»:
«Аппаратное обеспечение — это тело, программное обеспечение — душа. Тело может оставаться неизменным, а душа — меняться бесчисленное количество раз».
Белый Кролик уже стоял на крыльце, повернувшись к ней спиной и подключая что-то с помощью той самой синей печатной платы. Кот Потоковой Диаграммы присел у него на плече, а символы кода на кончике его хвоста мигали то ярко, то тускло.
“Не заглянете ли внутрь?”Белый Кролик, даже не оглянувшись, сказал:“Разве вы не задаёте этот вопрос постоянно?”
“Какая проблема?”Алиса спросила.
Белый Кролик обернулся. Индикаторы на этой плате загорелись все сразу, испуская ослепительный свет.——
«Почему не может существовать универсальная плата, которая превращается в любое устройство в зависимости от установленного программного обеспечения?»
Алиса ничего не сказала. Она крепко сжала в руке учебник «Основы связи» и шагнула через порог.
Позади неё надпись над дверным проёмом, после того как она прошла, тихо дополнилась ещё одной строкой, вырезанной под первоначальной надписью — шрифт был мельче, но чётче.
«Вот и ответ».
(Продолжение следует. Следующая глава: «Вход в…»)“Традиционная радиостанция”——Видя, как каждая функция «припаяна» к отдельной комнате, понимаешь почему.“Аппаратное обеспечение — это функциональность.”Это тупик. А главный инженер покажет Алисе последний отблеск старого мира.……🏰🔒📻）
【Начальный обзор ключевых понятий】
В этой главе закладываются следующие ключевые понятия:“Сказочные семена”：
| Связь / концепция Software-Defined Radio (SDR) | Олицетворение сказки |
| Ключевая идея Software-Defined Radio (SDR) — аппаратное обеспечение с возможностью повторного определения. | Алиса возразила: «Почему не может существовать универсальная плата, которая превращается в любое устройство в зависимости от установленного программного обеспечения?» |
| Ограничения традиционных радиосистем (жёсткая фиксация аппаратного обеспечения) | В учебнике по основам связи различные функции соответствуют различным схемам, которые не являются взаимозаменяемыми. |
| Основное определение программно-определяемого радио (SDR) | Надпись над дверным проёмом: «Аппаратное обеспечение — это тело, программное обеспечение — это душа». |
| Схема/граф программирования обработки сигналов | Цветные модули-кубики, непрерывно перемещающиеся по стенке вертикального ствола |
| Программная платформа GNU Radio | Надпись «GNU Radio» на футболке с изображением белого кролика |
| Аппаратная платформа USRP | Синяя плата в лапках Белого Кролика |
| Связь с первой частью | Алиса уже изучила основы связи; «Кот на графе потоков» — младший брат «Кота спектра». |
Анонс следующей главы
Алиса вошла“Традиционная радиостанция”амплитудно-модулированный радиоприёмник, частотно-модулированный радиоприёмник, телеграфная комната……Функция каждой комнаты жёстко зафиксирована. Главный инженер сообщил ей:“У нашего замка есть114одна комната, соответствует114различные радиостандарты——Для каждого нового стандарта необходимо создать отдельную комнату.”Алиса спрашивает:“А что, если есть универсальная плата?”Главный инженер покачал головой и улыбнулся.……🏰🔐📡
Эта статья является оригинальным материалом. При перепечатке необходимо указать автора, название официального аккаунта в WeChat и официальный веб-сайт.https://www.dyaotech.com), запрещается вносить изменения и использовать в коммерческих целях без разрешения; нарушители будут привлечены к ответственности!