【火腿课堂】软件定义无线电（SDR）从根本上讲是一种看待无线电频谱的不同方式
软件定义无线电（SDR）从根本上讲是一种看待无线电频谱的不同方式
作者：Onno VK6FLAB
我们想当然的认为电台是在某个特定频率上运行，我们选用在单个频带上谐振的天线并将选择能匹配到同一频段的电台，然后波动VFO旋钮，通过可变频率振荡器转换到该频段内的特定频率。
我们一直在陈述这些概念：关于调台，关于检波，选择一个特殊的共振频率并接收到电台信号。
我以前曾聊过这个概念，但是事实并不完全是按照上述情况发生的。
我们的电台始终在同时接收所有同一时间的发射的RF射频信号和频率。天线能够接收到某些频率，但这并不能妨碍它一次性接收到所有声音信号。电台正在天线连接器上获取所有RF信息。在此之后，电台工作的每一步都是过滤不需要的信息，首先它会删除你不需要收听的所有频段，然后VFO选择剩余的部分通过解码器，结果最终到达扬声器。
最终，我们接收到的电台信号就是最后玩剩下的东西，使用传统的电台也就是3kHz带宽。如果你想接收两个中继器台信号，就需要快速来回切换，或者需要两台接收器。
我们暂且现在不考虑精确度的问题，想象一下带宽为3MHz的SDR电台，比传统电台的带宽大一千倍。当你还认为这就是个幻想之时，一个25美元的小工具可以做到这一点。这意味着您可以处理大部分2m业余频段信号，然后选择您想要解码的信号。您也可以同时解码所有本地FM中继器，飞越的卫星信号，国际空间站SSTV，信标，莫尔斯电码，数据包，RTTY和单工通联，WSPR，APRS，EME以及在2米频段内发生的任何事情。
让我再说一遍。所有的2米波段发生的信号，通过SDR都能在同一时间接收。
重点是所有这些信息始终存在。我们可以选择解码或忽略这些信息。在传统的电台中，您一次只能解码一个信号，但在SDR电台上，您可以提取出计算机可以处理的数量。一些SDR介绍中谈到的使用多个接收器，但其实更好的表述是多个解码器。
这意味着软件定义无线电(SDR)从根本上说是一种看待无线电频谱的不同方式。我们选择将哪个解码器应用于频谱的哪个部分，而不是滤除我们不想解码的所有内容。
使用SDR，您可以将2m波段表示为3 MHz频谱中作为一系列测量的一小片段。如果重复使用这些数据不会产生任何损失，因此如果您多次处理相同的数据，不会丢失信号，不会导致信号变差，也不会产生额外的噪音。
我们所做的就是将相同的数据输入每个解码器，选择想要的编码并使用它。
有一种误解就是你需要很厉害的计算能力才能做到这一点。这不是严格准确的。售价5美元的Raspberry Pi单板计算机功能强大得多。你可以说这是一种严肃的计算能力，与我们过去登陆月球的情况相比，与你的手机相比，事实并非如此。
我打算走进这背后的数学计算，但它并不可怕，尽管你可能会想到或已经被教过。我最近的一周是关于数学的，我很清楚这里围绕着很多数学模型，一个比一个难，足以把你吓跑。
当听到奈奎斯特，香农和傅立叶的话时，你觉得有必要跑到山上尖叫，然后把这些概念放到一边直到你准备好时再回来学习。
奈奎斯特频率(Nyquist frequency)是以 Harry Nyquist命名的频率，其大小等于采样频率(sampling frequency)的一半。从理论上说，即使奈奎斯特频率恰好大于信号带宽，也足以通过信号的采样重建原信号。但是，重建信号的过程需要以一个低通滤波器或者带通滤波器将在奈奎斯特频率之上的高频分量全部滤除，同时还要保证原信号中频率在奈奎斯特频率以下的分量不发生畸变，而这是不可能实现的。
香农定理给出了信道信息传送速率的上限（比特每秒）和信道信噪比及带宽的关系。香农定理可以解释现代各种无线制式由于带宽不同，所支持的单载波最大吞吐量的不同。在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，信道容量Rmax与信道带宽W，信噪比S/N关系为： Rmax=W*log2(1+S/N)。注意这里的log2是以2为底的对数。
傅立叶变换，表示能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数（正弦和/或余弦函数）或者它们的积分的线性组合。在不同的研究领域，傅立叶变换具有多种不同的变体形式，如连续傅立叶变换和离散傅立叶变换。最初傅立叶分析是作为热过程的解析分析的工具被提出的。
顺便提一下，我在一周的大部分时间一直在研究如何解释这个问题，我甚至记不得演算了多少草稿纸，但这些概念就像我一样年纪那么大了：我的上帝，我已经两眼冒金星。
毫无疑问，你可能会相信我已迷失自我了，并且在业余无线电基础之外走得很远，但我必须承认，这就是今天的电台，很高兴能在这里学习更多关于这一切是如何工作的，希望你也同样感受到这份激动。
我是Onno VK6FLAB
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