Įsivaizduokite, kad savo senuoju mobiliuoju telefonu prisijungėte
prie kito ryšio tinklo ir naudojatės jo
teikiamomis paslaugomis: šią
galimybę suteikia neseniai sukurta
technologija - programine įranga valdomas
radijo ryšys (software-defined radio,
toliau - SDR). Suprantama, paslaugų tiekėjai minėtą technologiją dar
turės įdiegti.
Kiekvienas, kuris seka verslo naujienas, žino, kad mobiliojo
ryšio verslui apibūdinti labiausiai tinka
žodis "neapibrėžtumas". Niekas
negali pasakyti, nei kokia bus ta
trečiosios kartos mobiliojo korinio ryšio
sistema, nei kada ji bus parengta. Diskutuojama ir dėl to, kokį geriausia
pasirinkti informacijos mainų protokolą -
cdma 2000, UMTS/W-CDMA, EDGE, GPRS ar net tokį, kuris apimtų ir
tolimos ateities 4G standartą - ir į
kokią įrangą investuoti lėšas. (CDMA
- Code Division Multiple Access - kolektyvioji kodinio atskyrimo
kreiptis; UMTS - Universal Mobile Telecommunications
System - universalioji mobiliųjų telekomunikacijų sistema;
EDGE - Enhanced Data Rates for Global
Evolution; GPRS - General Packet Radio Service - bendroji radijo ryšio tarnyba.)
Laimei, apibrėžtumo susidariusiai padėčiai gali suteikti
programine įranga valdomas radijo ryšys -
SDR. Šios technologijos kūrėjai, užuot
keitę patį mobiliojo ryšio telefono
aparatą, suteikia galimybę jį, kaip ir
kitos rūšies radijo siųstuvą-imtuvą,
rekonfigūruoti programiniu būdu. SDR
perprogramuoja telefono aparatą, kad
šis veiktų skirtingais radijo sąsajų
standartais, pvz., Šiaurės Amerikos
IS-95 (CDMA) ar IS-136 (TDMA - Time Division Multiple Access
- kolektyvioji laikinio atskyrimo kreiptis).
Negana to, programinėje įrangoje įdiegtas radijo ryšio
funkcionalumas atveria ir nemažai kitų galimybių.
Mobiliojo SDR prietaiso ryšio nesutrikdytų ir dinamiškai kintantis bei
nenuspėjamas mobiliojo ryšio tinklų
veikimo pobūdis. Šiuo prietaisu būtų
galima efektyviai naudoti radijo bangų galią bei jų spektrą, staigiai pereiti
nuo vieno standarto radijo ryšio prie
kito (tarkim, nuo GSM prie PDC , kai europietis abonentas keliauja į
Japoniją, ar nuo GSM prie EDGE, kai jis savo telefono aparatą nutaria
modernizuoti).
Toks mobilusis telefonas būtų kaip niekad lanksčios
konfigūracijos. Inžinieriai, kurdami naujas SDR
ryšio priemones, iš esamų
(ankstesnių) programinės įrangos modulių
galėtų pasirinkti reikiamą jų rinkinį. Ši
programinių modulių pakartotinio panaudojimo galimybė sukels tikrą
bevielio ryšio sistemų perversmą,
leisdama jas operatyviai tobulinti ir
plėtoti. Net aparatinė įranga taps gerokai
paprastesnė, nes SDR technologija ją
išvaduos nuo daugelio sudėtingų
analoginių grandinių, kurių funkcijas
perims programinė įranga.
Šiuo metu SDR technologija plačiai paplitusi pagrindinėse korinio
ryšio stotyse (pirmiausia dėl jos
savybės gerokai supaprastinti naudojamą
aparatinę įrangą), be to, ją jau
pradėta diegti mobiliuosiuose korinio ryšio
telefonuose.
Kaip SDR veikia jungtinėje taktinėje radijo sistemoje
(Joint Tactical Radio System, toliau - JTRS),
aktyviai tiria ir JAV gynybos organizacijos.
Čia, naudojantis įvairiomis
moduliavimo schemomis, kurių nešliai
pasirenkami iš 5MHz-2GHz intervalo, siekiama, kad sistemos rekonfigūruojami
siųstuvai-imtuvai galėtų tuo pat metu
naudotis vaizdo, garso bei kita skaitmenine informacija. Nors JTRS
programinėje įrangoje ir panaudotas
kodavimo principas, ji pati veikia masiniam vartotojui skirtos operacinės
sistemos terpėje, taigi sistema yra atviros
struktūros.
Atskirai lėktuvams, tankams, sunkvežimiams ar kariams galėtų
būti skirta sava programos versija, sukurta, atsižvelgus į jų
individualius požymius. JAV kariškiai tikisi, kad
tuomet, kai bus standartizuotos egzistuojančios sistemos ir sukurtas bendrasis
jų standartas, visų karinių pajėgų
padaliniai nuo žemiausių iki
aukščiausių turės patikimą ryšį.
Pagal programą, kurią
pradėta vykdyti anksčiau nei buvo
sukurta JTRS, General Dynamics Systems kompanija (Skotsdeilas,
Arizonos valstija) vysto savąją SDR versiją,
vadinamą Digital Modular Radio - skaitmeniniu moduliniu radijo
ryšiu. Kompanijos produkcija dabar tiekiama JAV karo laivynui. Sistemos
terpėje konfigūruojami prietaisai gali atlikti tiek funkcijų, kiek jų
atliktų kartu veikdami keturi įprastiniai
prietaisai.
Susidomėjimas SDR technologija (verslo ir gynybos srityse)
pastaraisiais metais išaugo pirmiausia
todėl, kad jau esama galingų, bet gana
pigių procesorių. Šiuo metu labiau
apsimoka naudoti ne analoginės elektronikos komponentus, o
programuojamus skaitmeninius prietaisus ir į juos
integruoti radijo ryšio funkcijas.
Šią užduotį įveiktų
bendrosios paskirties spartieji skaitmeninių
signalų procesoriai, atliekantys logines ir aritmetines operacijas, bet šiais
laikais ekonomiškiau naudoti spartesnius ir lankstesnės konfigūracijos
lustus: specialios paskirties integrinius grandynus (jų aritmetines
funkcijas valdo koduotos loginės komandos) ir vartotojo programuojamas
loginių elementų matricas (field
programmable gate arrays - FPGA), kurių programuojami sujungimai ir
loginės funkcijos gali būti nustatytos jau
įsigijus lustą. Kurdami ir
tobulindami SDR sistemą, korinio ryšio
projektuotojai sprendžia sudėtingą
uždavinį - kaip racionaliau tarp esamų
komponentų paskirstyti signalo apdorojimo funkcijas.
Specialios paskirties integriniai grandynai yra pigesni, be to, jų
geresni parametrai, tačiau, esant didesniems integracijos laipsniams,
mažėja jų programavimo galimybės.
Reikia pridurti, kad įvairių standartų
radijo ryšiui pasiekti dažnai reikia kelių
specialios paskirties integrinių
grandynų. Palyginimui galima paminėti, kad
į vieną bendrosios paskirties
skaitmeninių signalų procesorių ar FPGA
būtų galima lengvai integruoti kelių
standartų sąsajas.
Telefonų architektūros kontūrai
SDR siųstuvų-imtuvų
funkcijos įdiegiamos programa, kurią
pragena bendrosios paskirties aparatinė
įranga. Analoginių grandinių blokai,
kaip kad dažnio derinimo, filtravimo, moduliavimo ir demoduliavimo, yra
keičiami programine įranga, kuri
šias funkcijas realizuoja skaitmenine technika. Tokiu principu
sukonstruota įranga įgalina programiniu būdu
taip nustatyti vieno siųstuvo-imtuvo maišytuvus ir filtrus, kad prietaisas
valdytų įvairių nešlių moduliavimo
schemas ir ryšys būtų palaikomas
skirtingais dažniais.
Tradicinis dvilypis korinio ryšio telefonas (1 pav.) yra tipiškas
antros kartos prietaisas. Šiaurės
Amerikoje jis būtų tinkamas naudoti dviejų
tipų tinkluose - analoginio standarto AMPS
(Advanced Mobile Phone Service - patobulinto mobiliojo ryšio
tarnyba) ir europinio skaitmeninio standarto GSM. Tam telefono
schemoje sumontuota po 2 atskirus siųstuvus
ir imtuvus.
Kai telefonas veikia analoginiu režimu, iš analoginių signalų
procesoriaus išėjęs signalas apdorojamas
kaip ir daugumoje radijo ir televizijos stočių - pagal klasikinę
superheterodininio imtuvo schemą.
Procesoriaus signalas moduliuoja tarpinio dažnio (I-F) signalą, kuris keičiamas aukštesniu radijo dažniu, stiprinamas
ir išspinduliuojamas antena. Priimdamas analoginį signalą, analoginis
imtuvas jį keičia dviem pakopomis -
analoginiu filtru pasirenkamas kanalas ir signalas siunčiamas demoduliuoti
signalų procesoriui (1pav.).
1 pav. Dabartinis dvimodis mobiliojo ryšio telefonas
Šis įprastinis dvimodis mobiliojo ryšio telefonas veikia dviejuose skirtinguose tinkluose; šiuo atveju vienas tinklas analoginis, kitas skaitmeninis. Siųstuvo ir imtuvo schemos suderintos. Tokia prietaiso struktūra priimtina, bet akivaizdu, kad atsiradus trečiam ryšio tinklui telefonui reikės kito siųstuvo ir imtuvo.
Skaitmeninis siųstuvas-imtuvas veikia panašiai, tik signalą keičia
skaitmeninių signalų procesorius, o ne
analoginės grandinės. Be šių
operacijų, dar gali būti dekompresija,
dešifravimas ir filtravimas.
Dvilypių telefonų pagrindą
sudaro programuojama aparatinė įranga, kurios reikiamos funkcijos gali
būti aktyvuotos ar deaktyvuotos. SDR sistemos veikimo principas yra
tobulesnis. Skaitmeninių signalų
procesorius įkraunamas programa, kuri
prireikus pragenama, kad būtų
realizuotos funkcijos, reikalingos vienam ar kitam standartui nustatyti.
Norint, kad įprastinis telefono aparatas galėtų naudotis SDR
sistema, pirmiausia reikia visas įmanomas analogines grandines
keisti skaitmeninėmis. Iš pradžių reikėtų
panaikinti analogines moduliavimo
dažnių juostos operacijas, kurios
atliekamos signalo įėjime (paprastai
balso).Šis signalas dar yra savojo spektro
(žemo dažnio) srityje, dar nėra
moduliavęs nešlio ir neperėjęs į aukštesnio
dažnio juostą (žr. 2 pav.).
2 pav. Programine įranga valdomas mobiliojo ryšio telefonas
Visas SDR sistemos terpėje veikiančio mobiliojo telefono funkcijas nustato programinė įranga, tad turėdamas tik po vieną siųstuvą ir imtuvą, jis gali veikti skirtingo radijo ryšio standarto tinkluose. Imtuvas turi analoginį radijo dažnio keitiklį, kurio išėjime tarpinio dažnio signalas vienu keitikliu keičiamas skaitmeniniu ir toliau skaitmeniniu būdu keičiamas į moduliavimo dažnių juostą. Vėliau programuojamame skaitmeninių signalų procesoriuje integruotais skaitmeniniais filtrais iš moduliavimo dažnių juostos išskiriamas reikiamas kanalas.
Kai aparatas veikia kaip siųstuvas, įėjimo (balso) signalas turi
būti verčiamas skaitmeniniu kiek
galima arčiau mikrofono grandinės, kad
visos tolesnės signalo apdorojimo
procedūros (spūda, filtravimas ir
moduliavimas) būtų atliekamos
skaitmenine technika. Kai signalas skaitmeninis,
jis apdorojamas programiniu būdu.
Kai telefonas veikia priėmimo režimu, taikomi panašūs principai.
Šiuo atveju analoginį radijo signalą RF
reikia keisti skaitmeniniu kiek galima arčiau
antenos, gautą skaitmeninį
signalą apdoroti programuojamais prietaisais, o paskui
keisti analoginiu kaip galima arčiau ausinės (ji schemoje
neparodyta).
Kitas žingsnis, kuris
patobulintų mobiliojo ryšio telefoną, būtų
žengtas tuomet, jei rinkoje pasirodytų
galingi analoginiai skaitmeniniai ir skaitmeniniai analoginiai keitikliai. Tada
prietaisus būtų galima programuoti
aukštų dažnių srityje
- iš pradžių tarpinio dažnio (I-F), paskui - radijo
dažnio (RF).
Palyginti su įprastinės
konfigūracijos telefonais, šių telefonų
siųstuvams reikėtų perpus mažiau
komponentų. Vietoj kelių siuntimo ir
priėmimo grandinių programuojamas mobilusis telefonas jų turėtų tik po
vieną. Šios grandinės būtų
programuojamos priklausomai nuo to, kokio
standarto yra abonentinis tinklas.
Aukšto dažnio funkcijas, kaip
filtravimas ir maišymas, sunku programuoti silicio - pigiausios ir
visuotinai paplitusios medžiagos - lustuose.
Norint šias funkcijas įdiegti,
reikalinga sparta, kuri viršija silicio
galimybes. Tarkime, GSM standarto telefono tarpinio dažnio I-F segmentas
valdomas kelių šimtų megahercų dažniu,
kuris silicio integriniam grandynui yra visai priimtinas, tačiau visoms kitoms
telefono funkcijoms įdiegti reikia procesoriaus, kuris galėtų atlikti 100
mlrd. komandų per sekundę. Šiam
uždaviniui atlikti reikia siliciogermanio
lustų. Plg.: šiuolaikinių mobiliųjų
telefonų specializuoti silicio lustai
atlieka 10-100 mln. komandų per sekundę.
Keturios pagrindinės technologijos
Pagrindiniai SDR sistemos komponentai, kurie nustato jos
eksploatacijos parametrus, yra analoginiai skaitmeniniai keitikliai,
skaitmeninių signalų procesoriai, filtrai ir
radijo dažnio (RF) stiprintuvai.
Labai svarbus SDR elementas yra analoginis skaitmeninis
keitiklis, nes nuo jo veikimo spartos priklauso, kurią grandinės vietą prie antenos
reikia pasirinkti, norint analoginį
signalą keisti skaitmeniniu. (Kuo
mažesnė sparta, tuo ši vieta arčiau
antenos.) Apibrėžti keitiklio charakteristikas
visuomet sunku, nes reikia nustatyti ir analoginių, ir skaitmeninių signalų
parametrus. Apskritai turi būti
apibrėžtos trys keitiklio
charakteristikos: sparta (imčių skaičius per
sekundę), skiriamoji geba imties metu
(perduodamų bitų skaičius) ir tiesiškumas
(parametras, nusakantis, ar tiksliai skaitmeninės išvesties kodas atitinka
analoginės įvesties vertes).
Šiuo metu sparčiausi
analoginiai skaitmeniniai keitikliai yra naudojami naujausiuose skaitmeniniuose
oscilografuose - jie atlieka apie 10 mlrd. imčių per sekundę. Mobiliesiems
korinio ryšio telefonams jie netinka, nes yra per brangūs ir naudoja daug
galios. Priimtinos kainos ir užtektinos skiriamosios gebos keitikliai,
skirti naudoti mobiliuosiuose telefonuose, įveikia apie 100 mln. imčių per
sekundę. To pakanka siųstuvo-imtuvo
I-F dažnių juostai apdoroti -
diskretizuoti visą I-F korinio ryšio juostą ir
atskirti reikiamus ryšio kanalus. Tačiau
toks keitiklis nė iš tolo nesusidorotų su
radijo dažnio juosta RF.
Naudotis SDR sistema galima ir kitu būdu - telefono schemoje
taikyti tiesioginio keitimo artin. Šiuo
atveju analoginės grandinės signalas,
išvengdamas tarpinės I-F pakopos, RF
signalą tiesiogiai keičia žemo dažnio
signalu (3 pav.). Toliau šį signalą
analoginis skaitmeninis keitiklis keičia skaitmeniniu, o reikiamas
kanalas išrenkamas filtrais, kurių programa
integruota į skaitmeninių
signalų procesorių.
3 pav. Tiesioginio keitimo mobiliojo ryšio telefonas
Tiesioginio keitimo programine įranga valdomas mobilusis telefonas gali veikti platesniu dažnių diapazonu, nes radijo dažnio diapazono signalas tiesiogiai keičiamas į moduliavimo dažnių juostą (ir atvirkščiai) be tarpinio I-F bloko ir jo komponentų. Kaip ir daugelis bevielio ryšio prietaisų, šis telefonas faziniu keitikliu išsaugo dažnių juostą. Keitiklis signalą išskaido į du komponentus, kurių fazės skiriasi 90o (I ir Q). Šie du signalai neinterferuodami sklinda tuo pačiu kanalu.
Pasak Analog Devices Inc. (Masačiusetso valstija) sistemos
administratoriaus Zorano Zvonaro, šis artinys
atrodo patraukliai, bet jį realizuoti
trukdytų sunkiai įveikiamos
techninės kliūtys.
Skaitmeninių signalų
procesorius yra kertinis SDR blokas. Procesoriuje gali būti įdiegtos mažiausiai dvi
radijo ryšio sąsajos, kad vartotojas galėtų persijungti nuo vieno radijo
ryšio standarto prie kito. Ateityje, kai mobiliaisiais telefonais bus galima
susisiekti su kitais asmeniniais elektroniniais prietaisais, ši standarto
keitimo galimybė bus įprasta. Tokiais
atvejais skaitmeninių signalų procesoriai
vienu metu galės realizuoti kelias radijo ryšio sąsajas, kaip kad
kompiuteriu vienu metu galima naudotis keliomis programomis. SDR sistemos
procesorius atliks balso duomenų kompresijos/dekompresijos,
moduliavimo/demoduliavimo ir filtravimo funkcijas.
Nors skaitmeninių signalų
procesoriaus sparta kasmet vis didėja, jos nepakanka visoms SDR
funkcijoms atlikti. Prisiminkime, kad norint realizuoti I-F grandinės funkcijas,
procesorius turi atlikti 100 mlrd. komandų per sekundę. Veikimo spartą būtų
galima padidinti, lygiagrečiai sujungus reikiamą kiekį procesorių, tačiau
tuomet smarkiai padidėtų telefono matmenys, svoris, naudojamoji galia
ir kaina.
Kaip tvirtina Texas
Instruments garso ir vaizdo laboratorijos direktorius P.
Papamichalis, būtų geriausia SDR kurti su programuojamu
skaitmeninių signalų procesoriumi.
Tačiau šiuo metu nėra reikiamos spartos
ir naudojamosios galios procesorių, tad esamų naudojimas ribotas. Todėl
kol kas realiausia išeitis būtų
specialios paskirties integriniai grandynai (Application Specific Integrated
Circuit - ASIC). Vėliau turėtų būti
naudojamos mišriosios skaitmeninių
signalų procesorių ir ASIC struktūros.
Papamichalio teiginiu, sparčiausi yra
jų kompanijos gaminami
specializuoti 600 MHz dažniu veikiantys C6000
serijos procesoriai, vieno ciklo metu atliekantys 8 komandas (arba 4,8
mlrd. komandų per sekundę).
Kad ir kokie šie prietaisai atrodytų spartūs, jie yra maždaug 20
kartų lėtesni, kad vykdytų I-F
grandies funkcijas, o ką jau kalbėti apie RF!
Tačiau apskritai šiuo metu ryšio
technikoje mielai naudojami ir lėtesni procesoriai, nes jie ir pigesni, ir
naudoja mažiau galios. Pavyzdžiui, kad ir
ekonomiški Texas Instruments C5000 serijos procesoriai, kurie veikia
300MHz sparta ir atlieka 600 mln. komandų per sekundę.
Specializuoti filtrai
SDR eksploatacinės charakteristikos labai priklauso nuo filtrų
kokybės. Filtrų funkcijas gali atlikti
specializuoti lustai. Palyginti su skaitmeninių signalų procesoriais, šie
lustai yra pigūs ir nepasižymi sudėtinga
architektūra. Tiesa, jie nėra programuojami, tačiau ir korinio ryšio
telefonų standartinės dažnių juostos
yra fiksuotos.
Nuo filtrų priklauso SDR signalų apdorojimo sparta, jautrumas,
dinaminis diapazonas ir galimybė išvengti gretimų kanalų trukdžių.
Kad filtrai svarbūs, liudija telefono konstrukcija - jie naudojami trijose
vietose: RF, I-F bei moduliavimo
dažnių juostoje ir užima trečdalį telefono
tūrio. Tačiau šie filtrai neišstumia
analoginių filtrų. SDR sistemos
veikia plačiu dažnio diapazonu, todėl
joms reikia naujausių medžiagų
komponentų - induktyvumo ričių ir
kondensatorių. Naujausios medžiagos ir
šiuolaikinės filtrų gamybos
technologijos sudarys sąlygas gaminti mažesnių
matmenų, bet patogesnius naudoti
plačiajuosčius filtrus. Šiam tikslui gali
būti plačiai taikomi superlaidieji ir
mikromechaniniai filtrų komponentai.
Šiuo metu RF stiprintuvuose, veikiančiuose iki 2 GHz korinio ir
asmeninio ryšio paslaugų (Personal Communications
Services - PCS) juostų dažniu, naudojami silicio
komponentai. Nauja siliciogermanio tranzistorių technologija numuštų RF
galios stiprintuvų kainą, sumažintų
veikiančią įtampą ir praplėstų ryšio
diapazono juostą iki milimetrinių bangų
(mažiausiai iki 40GHz). Be to, RF technologija gerokai patobulėtų, jei
būtų sukurti tiesinių charakteristikų
galios stiprintuvai. Jais būtų galima
vienu metu apdoroti daugelio siųstuvų
signalus. Tokiais stiprintuvais papildyta SDR konstrukcija efektyviau
naudotų galią, o jie patys, palyginti su
įprastiniais, užimtų mažiau vietos. Deja,
tokie plačiajuosčiai stiprintuvai
turėtų būti labai brangūs.
Sistemos adaptyvumas
Iki šiol šiame straipsnyje buvo pabrėžiama, kad programinėje
įrangoje įdiegta radijo ryšio savybė -
funkcionalumas - tinklo operatorius ir abonentus apsaugo nuo
nenuspėjamų technologijos šuolių. Kitaip
tariant, toks radikalus korinio ryšio teikimo būdas neleistų atsilikti nuo
technikos progreso.
Bet SDR galimybės dar platesnės. Jos terpėje veikiančios radijo
ryšio priemonės (ne tik mobilieji telefonai) realiu laiku galėtų
prisitaikyti prie greitai kintančių bevielio
ryšio sistemos charakteristikų.
Mobiliojo ryšio vartotojams ši
savybė itin aktuali. Verta paminėti, kad radijo
ryšio priemonė programiniu būdu gali
būti papildyta naujomis funkcijomis. Pavyzdžiui, SDR sistema galėtų
valdyti radijo bangos galią, kad silpno
signalo zonose būtų geresnis ryšys, arba
galėtų įdiegti papildomą kodą, kad
sumažėtų gretimų ryšio kanalų
trukdžių. Ir atvirkščiai - retai
naudojamas funkcijas ar nereikalingus kodus iš siųstuvų-imtuvų
ji tokiu pat būdu pašalintų.
Tačiau šis adaptyvumas turi ir
didelį trūkumą. Pasikeitus ryšio
charakteristikoms, ryšys atsiranda kiek
vėliau nei įprastai, nes
siųstuvams prireikia papildomai laiko pasikeitusioms
ryšio sąlygoms atpažinti ir į jas
reaguoti. Toks vėlinimasis gali veikti garso
ir vaizdo informacijos perdavimą.
Gebėdamos sekti ryšio
pralaidą, atpažinti pasikeitusias ryšio
charakteristikas daugiajuostės SDR sistemos gali išgauti naudos iš
nenaudojamų dažnio kanalų ir šitaip tinklo
operatoriams padėti veiksmingiau eksploatuoti ryšio tinklus. Pavyzdžiui,
kuriuo nors metu nenaudojamas radijo ieškos
(paging) kanalas gali būti panaudotas kitokio pobūdžio
informacijai siųsti.
Čia kyla klausimas, kaip keisti
mobiliųjų telefonų funkcijas ir
kanalus, kad nebūtų pažeistos sistemos
valdymo taisyklės? Pavyzdžiui, Federalinė ryšio komisija jau šiuo metu
kiekvieną ryšio priemonę įpareigoja
naudotis savuoju dažnio kanalu. Iki SDR sistema visuotinai pasklis,
atitinkamos nacionalinės ir tarptautinės ryšio
priežiūros organizacijos turės drauge
aptarti šiuos klausimus.
SDR sistema veiktų ir tuomet, jei ryšys būtų palaikomas
sudėtingomis, kanalų interferencijos
kompensavimo antenomis, kai yra prasta ryšio
kokybė ar ribota sistemos pralaida. Kaip žinoma, antenos yra įtaisų,
galinčių siųsti ir priimti
elektromagnetinių bangų energiją tiksliai
nustatytomis, bet keičiamomis kryptimis,
rinkinys. Jos suformuoja bangų kryptinę
diagramą, kurioje elektromagnetinė
energija stiprinama tik reikiamo erdvinio kampo kryptimi ir slopinama
kitomis kryptimis. Sumontuotos pagrindinėje korinio ryšio tinklo stotyje, jos gali
priimti kelių vartotojų siunčiamus
signalus ir slopinti trukdžius. Tokios antenos, užuot priėmusios ir
išspinduliavusios vieno ryšio kanalo
bangas, galėtų siųsti ar priimti daugelį
neinterferuojančių kanalų, taigi didinti
korio pralaidą. Sukurti anteną, kuri
stiprintų plačiajuosčius signalus, yra
sunku, todėl SDR sistemų kūrėjai sutelkė
dėmesį į siaurajuostes antenas, kurių
vienoje SDR sistemoje gali būti daug. Kiek reikės antenų tam tikrai
radijo bangų spektro daliai, priklauso nuo
to, kaip pavyks kompensuoti bangos amplitudės ir fazės paklaidą to
kanalo dažnių juostoje. Ši kompensavimo
galimybė savo ruožtu priklausys nuo juostos
pločio. Ateityje galbūt bus naudojamos konfigūruojamos
daugiajuostės antenos.
Programos įkėlimas
Bendrais bruožais susipažinę
su SDR, išsiaiškinkime, kaip papildoma ar keičiama radijo ryšio
programinė įranga. Šiuo metu modernizuotų
programų įkėlimas per Internetą jau
yra įprastas įvairių sistemų tobulinimo
būdas, nors per modemą atliekamas
įkėlimo procesas neretai vyksta lėtai
ir strigdamas. Toks būdas galėtų būti
taikomas ir bevielio ryšio sistemoms, kai abonentas Internetu arba net
radijo bangomis pats įkrauna reikiamų
standartų radijo ryšio sąsajas. Jei
būtų įsteigtas šios paslaugos teikimo
centras, kontroliuojantis visą
įkrovimo procesą, abonentams šia paslauga
pasinaudoti būtų paprasta.
Kad tokia galimybė būtų
realizuota, reikia apibrėžti principus,
kuriais vadovaudamiesi skirtingi ryšio tiekėjai galėtų kurti suderintas
programinės ir aparatinės įrangos
sąsajas. Norint parengti ir
standartizuoti visą programos įkėlimo
procedūrą, galima naudotis, pavyzdžiui,
probleminės orientacijos
(object-oriented) technologijomis Common Object
Request Broker Architecture (Corba) arba
Java.
Visgi yra ir programinės
įrangos įkėlimo keblumų. Pavyzdžiui, kol
kas neaišku, kaip pakeitus įrangos funkcionalumą, pakis jos FCC
(Federal Communications Commission - federalinės ryšio komisijos)
sertifikatas. Taip pat norint vartotojus apsaugoti nuo apgaulės, labai svarbu tikrinti
įkeliamos programos sveikumą.
Kas dar plėtoja SDR technologiją
SDR sistemos tyrimus atlieka ne tik bevielio ryšio kompanijos ir
korinių tinklų organizacijos, bet ir
mokslinio tyrimo įstaigos. Džordžijos
technologijos instituto mokslininkai vykdo Yamacraw
Initiative programą, kurią finansuoja valstijos
Ekonomikos departamentas. Pagrindinis programos tikslas - SDR pagrindu
sukurti didelės spartos bevielio ryšio
sistemą. Projektas siekia dviejų tikslų:
Sukurti adaptyvųjį mobilųjį
ryšį, kuris koordinuotų programų, ryšio
tinklo, kreipties bei aparatinės
įrangos keitimo veiksmus, kai pereinama nuo vieno standarto ar kanalo prie kito.
Sukurti aukštos kokybės bevielio ryšio sistemą, kurioje būtų
naudojamos adaptyviosios antenos ir kodavimo algoritmai. Šios priemonės
garantuotų stabilius ryšio kanalų
parametrus.
Kad sistema patikimai veiktų, turi būti nustatyta ir patikros procedūra.
Į tikrinamų parametrų sąrašą turėtų
būti įtraukta radijo ryšio juostos
ribos, pagrindiniai telefono aparato komponentai DAC, ADC, procesoriai ir kt.
Tuo tarpu Masačiusetso technologijos instituto Kompiuterijos
laboratorijos mokslininkai kuria galingą universalųjį mikrokompiuterį,
kuris galėtų veikti kaip mobilusis
telefonas, ieškas (pager), AM/FM radijo
imtuvas ir televizorius. Be to, juo būtų
galima radijo bangomis susisiekti su Internetu. Naujausia SDR
programa Handy 21 galėtų pakeisti daug
šiuolaikinių ryšio priemonių vienu
nešiojamuoju prietaisu. Šiuo atveju
norima prietaiso funkcija pasirenkama taip, kaip kompiuteryje pele
pasirenkama reikiama programa. Prietaisas, galima sakyti, būtų asmeninis kompiuteris
su įmontuota antena ir
plačiajuosčiu analoginiu skaitmeniniu keitikliu.
Šios sistemos aparatine įranga būtų
galima pasirinkti bet kurią 10 MHz
spektro sritį, pakeisti ją tarpiniu dažniu,
o signalą įrašyti į mikrokompiuterio
atmintį.
Masačiusetso technologijos institutas kuria ir universalųjį loginį
lustą, kuris, būdamas palyginti pigus,
pasižymėtų didele sparta ir maža
naudojamąja galia. Kad būtų
suderinamas su įvairiomis programomis, šis
lustas projektuojamas specializuotos architektūros. Juo ketinama pakeisti
bendrosios paskirties mikroprocesorius ir specialiosios paskirties
integrinius grandynus. Turėdamas daugiau kaip tūkstantį įvado/išvado kontaktų,
šis lustas galėtų apdoroti dešimt kartų
didesnius duomenų srautus nei šiuolaikiniai procesoriai.
Apibendrinant galima pasakyti, kad programine įranga valdomo
radijo ryšio artinys gali apimti visų tipų
bevielius programuojamus prietaisus ir jiems suteikti lankstesnio
konfigūravimo galimybę. Šioje terpėje
veikiantys prietaisai būtų lengvai
modernizuojami, tobulinami ir net pritaikomi tenkinti individualius vartotojų
poreikius. Jei ateityje ryšio paslaugos
būtų teikiamos šios naujos ryšio
technikos sampratos pagrindu, o su ja susietos programos būtų įkeliamos per
Internetą, ji tikrai turėtų galimybių
atskleisti visus savo privalumus. Bus įdomu stebėti, ar asmenys, einantys
paslaugų teikėjų pareigas, įvertins
atsiradusias galimybes, ar jomis naudosis tik saujelė naujai iškilusių verslininkų.