وائرلیس کمیونیکیشن کے میدان میں ایک نئی ٹیکنالوجی کے طور پر، سافٹ ویئر ریڈیو (SDR) اندر اور باہر زیادہ سے زیادہ توجہ مبذول کر رہا ہے۔ کمیونیکیشن کے میدان میں، یہ اینالاگ ٹیکنالوجی سے ڈیجیٹل ٹیکنالوجی، فکسڈ کمیونیکیشن سے موبائل کمیونیکیشن کے بعد ایک نیا ریڈیو کمیونیکیشن سسٹم ہے۔ مواصلاتی ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ، مختلف معیاری اقسام کے ساتھ مطابقت رکھنے والے آلات نے اپنی مانگ کو تیزی سے ظاہر کیا ہے۔ روایتی ریڈیو سسٹمز کے مقابلے میں، سافٹ ویئر ریڈیو سسٹمز کے فوائد کی ایک سیریز ہے جیسے کہ عمومی ساخت، سافٹ ویئر پر مبنی افعال، اور انٹرآپریبلٹی۔ .
Ⅰ. سافٹ ویئر ریڈیو کی ابتدا اور ترقی
سافٹ ویئر ریڈیو کے ظہور کی وجہ خلیجی جنگ سے متعلق ہے۔ اس وقت، امریکہ کی قیادت میں کثیر القومی قوتیں مختلف معیارات کے مختلف قسم کے مواصلاتی آلات استعمال کرتی تھیں، جس کی وجہ سے ایک دوسرے کے ساتھ بات چیت میں مشکلات پیش آتی تھیں۔ اس کے بعد، مئی 1992 میں، جیو میتولا نے پہلی بار امریکن کمیونیکیشن سسٹمز کانفرنس میں "سافٹ ویئر ریڈیو" کا تصور پیش کیا۔ بنیادی خیال یہ ہے کہ تمام ٹیکٹیکل ریڈیوز کو ایک ہی ہارڈویئر پلیٹ فارم کی بنیاد پر بنایا جائے، مختلف قسم کے ریڈیو بنانے کے لیے مختلف سافٹ ویئر انسٹال کیے جائیں، اور مختلف نوعیت کے افعال کو مکمل کیا جائے۔ تو اس میں سافٹ ویئر پروگرامیبلٹی ہے۔ اس تصور نے تیزی سے دنیا بھر کے ممالک کی توجہ اپنی طرف مبذول کرائی، کیونکہ اب فوجی مواصلات میں ریڈیو کمیونیکیشن سسٹم کی قابل اعتمادی، انٹرآپریبلٹی، لچک، اینٹی جیمنگ، بقا، رازداری اور سیکورٹی کے لیے اعلیٰ تقاضے ہیں۔ امریکی فوج اور Hazcltine نے "speakeasy" (بات کرنے میں آسان) کے نام سے ایک سافٹ ویئر ریڈیو اسٹیشن تیار کیا ہے، جو ایک ملٹی بینڈ اور ملٹی فنکشنل ریڈیو پلیٹ فارم کو محسوس کرتا ہے جسے عام طور پر امریکی فوج استعمال کرتی ہے۔ 4 سے زیادہ مختلف ماڈیولیشن ویوفارمز۔ اس ریڈیو کو "ہینڈ ہیلڈ کمپیوٹر" کہا جا سکتا ہے جس میں ایک اینٹینا ہے جو آواز اور ڈیٹا منتقل کر سکتا ہے۔ مواصلاتی خدمات میں آواز، ڈیٹا، اور ویڈیو امیجز شامل ہیں۔
اس وقت سویلین فیلڈ میں سافٹ ویئر ریڈیو پر زیادہ توجہ دی گئی ہے۔ اس کی بنیادی وجہ یہ ہے کہ موجودہ مواصلاتی نظام کے تکنیکی معیارات متنوع ہیں، اور مختلف تکنیکی معیارات اور متعلقہ نظاموں کا ایک دوسرے کے ساتھ ہم آہنگ ہونا مشکل ہے، اور ایک متحد ڈیوائس کے ساتھ اس کا ادراک کرنا مشکل ہے۔ اور تیسری نسل کے موبائل کمیونیکیشن سسٹم میں اب بھی ایک معیاری جنگ ہے، اگر سافٹ ویئر ریڈیو کو مختلف معیارات کے مطابق ڈھالنے کے لیے استعمال کیا جائے تو یہ ایک قابل عمل طریقہ ہے۔ دوسری طرف، مواصلاتی ٹیکنالوجی کی ترقی بہت تیز ہے، پرانے نظام کو مسلسل بہتر بنایا جا رہا ہے، اور نیا نظام تیزی سے ابھر رہا ہے۔ لوگوں کو سسٹم کو اپ گریڈ کرنے کا طریقہ درکار ہے جو پرانے آلات کو مکمل طور پر ختم کرنے سے زیادہ اقتصادی ہے، اور سافٹ ویئر ریڈیو کی پروگرامیبلٹی بہتر ہے۔ اس ضرورت کے مطابق ڈھال لیا.
Ⅱ. سافٹ ویئر ریڈیو فن تعمیر
روایتی اینالاگ ریڈیو سسٹم کی ریڈیو فریکوئنسی پارٹ، اوپر/ڈاؤن کنورژن، فلٹرنگ اور بیس بینڈ پروسیسنگ سبھی اینالاگ موڈ کو اپناتے ہیں، اور ایک مخصوص فریکوئنسی بینڈ کا کمیونیکیشن سسٹم اور ایک مخصوص ماڈیولیشن موڈ ایک خاص سخت ڈھانچے سے مطابقت رکھتا ہے۔ جب کہ ڈیجیٹل ریڈیو سسٹم کا کم فریکوئنسی والا حصہ ڈیجیٹل سرکٹس کو اپناتا ہے (مثال کے طور پر، مقامی آسکیلیٹر ڈیجیٹل فریکوئنسی سنتھیسائزر، سورس کوڈنگ اور ڈی کوڈنگ کا استعمال کرتا ہے، اور ماڈیولیشن اور ڈیموڈولیشن کو ایک سرشار چپ سے مکمل کیا جاتا ہے)، لیکن اس کی ریڈیو فریکوئنسی اور انٹرمیڈیٹ فریکوئنسی پرزے اب بھی ینالاگ سرکٹس سے الگ نہیں ہو سکتے۔ روایتی ریڈیو سسٹم کے مقابلے میں، سافٹ ویئر ریڈیو سسٹم کی A/D/A کی تبدیلی کو انٹرمیڈیٹ فریکوئنسی میں منتقل کیا جاتا ہے، اور جتنا ممکن ہو ریڈیو فریکوینسی اینڈ کے قریب ہو، پورے سسٹم فریکوئنسی بینڈ کا نمونہ لیا جاتا ہے، یعنی ڈیجیٹل پروسیسنگ انٹرمیڈیٹ فریکوئنسی (یا یہاں تک کہ ریڈیو فریکوئنسی) سے کی جاتی ہے، جو سافٹ ویئر ریڈیو کی ایک نمایاں خصوصیت ہے۔ ڈیجیٹل ریڈیو پروگرام کی اہلیت کے بغیر ایک مواصلاتی فنکشن کو حاصل کرنے کے لیے سرشار ڈیجیٹل سرکٹس کا استعمال کرتا ہے۔ سافٹ ویئر ریڈیو وقف شدہ ڈیجیٹل سرکٹ کو قابل پروگرام ڈی ایس پی ڈیوائس سے بدل دیتا ہے، جو سسٹم ہارڈویئر کی ساخت اور کام کو نسبتاً خود مختار بناتا ہے۔ اس طرح، نسبتاً عام ہارڈویئر پلیٹ فارم کی بنیاد پر، سافٹ ویئر کے ذریعے مختلف مواصلاتی افعال کو پورا کیا جا سکتا ہے، اور آپریٹنگ فریکوئنسی، سسٹم بینڈوڈتھ، ماڈیولیشن موڈ، سورس کوڈ وغیرہ کو پروگرام اور کنٹرول کیا جا سکتا ہے، اور سسٹم کی لچک کو بہت زیادہ بڑھایا جا سکتا ہے۔ .
سافٹ ویئر ریڈیو کا ہارڈویئر پلیٹ فارم ایک ماڈیولر ڈیزائن کو اپناتا ہے، جو کھلے پن، اسکیل ایبلٹی اور مطابقت کے ساتھ ایک مواصلاتی پلیٹ فارم ہونا چاہیے، اور اسے ماڈیولر معیار کے ساتھ بس کی شکل میں بنایا گیا ہے۔ اس نسبتاً عام ہارڈویئر پلیٹ فارم کی بنیاد پر، ہم مختلف سافٹ ویئر لوڈ کر کے مواصلات کے مختلف افعال کو نافذ کرتے ہیں (ضرورت پڑنے پر کارڈ کو تبدیل کیا جا سکتا ہے)۔ سافٹ ویئر ریڈیو کا ہارڈویئر پلیٹ فارم پی سی کے مقابلے میں بہت زیادہ مطالبہ کرتا ہے، اسے وائیڈ بینڈ ریڈیو فریکوئنسی فرنٹ اینڈ، وائیڈ بینڈ A/D/A کنورٹر، تیز رفتار DSP آلات وغیرہ کی ضرورت ہے۔ تیز رفتار A/D/A تبدیلی اور ڈیجیٹل سگنل پروسیسنگ انجام دینے کے لیے، سافٹ ویئر ریڈیو سسٹمز کو متعدد CPUs کے ساتھ متوازی طور پر کام کرنا چاہیے۔ اس کے علاوہ، تیز رفتاری سے ڈیجیٹل سگنل پروسیسنگ ڈیٹا کا تبادلہ کرنے کے لیے، سسٹم بس میں T/O ٹرانسمیشن کی شرح بہت زیادہ ہونی چاہیے۔ موجودہ سسٹم بسوں میں سے جو ضروریات کو پورا کرتی ہیں، VME بس میں سب سے زیادہ پختہ ٹیکنالوجی، بہترین استعداد، اور سب سے زیادہ وسیع تعاون ہے۔ VME متعدد CPU متوازی پروسیسنگ فراہم کرتا ہے، آزاد 32- بٹ ڈیٹا بس اور ایڈریس بس کو سپورٹ کرتا ہے، اور شرح 40Mb/s (یا یہاں تک کہ 320Mb/s) تک پہنچ جاتی ہے، جو بنیادی طور پر سافٹ ویئر ریڈیو کی ضروریات کو پورا کرتا ہے اور بس کا ترجیحی طریقہ ہے۔ سافٹ ویئر ریڈیو کے لیے۔ تین، سافٹ ویئر ریڈیو کی کلیدی ٹیکنالوجی
1. ملٹی بینڈ ڈاؤن کنورژن اور براڈ بینڈ آر ایف
سافٹ ویئر ریڈیو سسٹم کے اینٹینا کے لیے، اس میں ملٹی بینڈ اینٹینا اور قابل پروگرام ریڈیو فریکوئنسی کنورژن فنکشن ہونا چاہیے۔ اینٹینا حاصل کرنے، جسمانی سائز اور قیمت کو مطمئن کرنے کی بنیاد پر، اس کی ورکنگ بینڈوڈتھ 2MHz-3MHz ہونی چاہیے۔ ریڈیو انجینئرنگ میں، مکمل فریکوئنسی بینڈ کا احاطہ کرنا ضروری نہیں ہے، بلکہ صرف مختلف فریکوئنسی بینڈ کی کئی کھڑکیوں کو کور کرنے کی ضرورت ہے۔ لہذا، ایک مشترکہ ملٹی بینڈ اینٹینا استعمال کیا جا سکتا ہے. امریکی فوج کی اسپیکیسی ایک ایسا حل ہے جو RF اینٹینا کے متعدد سیٹ استعمال کرتا ہے۔ براڈ بینڈ RF کے لیے، ٹیوننگ، انرجی کنٹرول، اور کم شور والے پری ایمپلیفائر (LNA) کنفیگریشن بھی ایک اہم ٹیکنالوجی ہے، اور سسٹم کے ڈیزائن کو بہتر بنانے کے لیے کمپیوٹر ایڈیڈ ڈیزائن (CAD) کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔
2. براڈ بینڈ A/D حصہ۔
وائڈ بینڈ اینالاگ سے ڈیجیٹل تبدیلی کی کارکردگی کا تعین کرنے کی کلید نمونے لینے اور بٹس کی تعداد ہے۔ نمونے لینے کی شرح کا تعین سگنل بینڈوڈتھ سے ہوتا ہے، جبکہ کوانٹائزیشن بٹس کی تعداد کے لیے ایک مخصوص متحرک رینج اور DSP درستگی کی ضرورت ہوتی ہے۔ کیونکہ موجودہ سنگل چپ ADC ان دو ضروریات کو پورا نہیں کر سکتا، متعدد ADCs کو متوازی طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔
3. تیز رفتار متوازی DSP حصہ.
سسٹم کے ڈیجیٹل پروسیسنگ آپریشن میں، سب سے مشکل اپ کنورژن، فلٹرنگ اور سب سیمپلنگ ہے۔ تیز رفتار متوازی DSP میں ڈیجیٹل بیس بینڈ پروسیسنگ، ماڈیولیشن اور ڈیموڈولیشن، بٹ اسٹریم پروسیسنگ اور ڈی کوڈنگ فنکشنز شامل ہیں۔ ایف ایم اور اسپریڈ اسپیکٹرم سسٹمز کے لیے، اس حصے میں ڈیپریڈنگ اور ڈی ہاپنگ فنکشنز بھی ہونے چاہئیں۔ فنکشن کے اس حصے کو حاصل کرنے کے لیے، ملٹی پروسیسر کے متوازی کمپیوٹنگ سسٹم کی تشکیل کے لیے تیز رفتار متوازی DSP کا استعمال کرنا ضروری ہے، جس میں زیادہ سے زیادہ ایکسیس کالز، وسیع تر پروگرام بس اور ڈیٹا بس، سنگل انسٹرکشن ایک سے زیادہ ڈیٹا، ایک سے زیادہ انسٹرکشن ایک سے زیادہ ڈیٹا شامل ہیں۔ . ساخت اور سپر انسٹرکشن سٹرکچر وغیرہ کا استعمال، اس حصے کو ایک سرشار ڈیجیٹل انٹیگریٹڈ سرکٹ چپ ASIC (مثال کے طور پر، ریاستہائے متحدہ کی ہیرس کارپوریشن کی DDC چپ HS P50016) کے ذریعے محسوس کیا جا سکتا ہے۔
4. کھلے پن اور توسیع پذیری کے عمومی روٹ ڈھانچے کو چھوڑنا۔
روایتی نظام کے ڈھانچے میں، پائپ لائن عام طور پر استعمال ہوتی ہے، جس کی خصوصیت یہ ہے کہ ہر فنکشنل یونٹ ایک سرکٹ سے جڑا ہوتا ہے۔ اگر کسی خاص حصے کے فنکشن کو شامل کرنا، حذف کرنا یا ترمیم کرنا ہے، تو متعلقہ فنکشنل ماڈیول کو ایڈجسٹ کرنا ہوگا۔ لہذا، یہ ڈھانچہ کھلا نہیں ہے. سسٹم میں مختلف فنکشنل اکائیوں کے باہمی ربط کو محسوس کرنے کے لیے، ایک کھلا اور قابل توسیع ہارڈویئر پلیٹ فارم تشکیل دیا جاتا ہے، اور ساتھ ہی اس میں ڈیٹا تھرو پٹ کی شرح بھی زیادہ ہوتی ہے۔ سافٹ ویئر ریڈیو سسٹم کو ایک نئے انٹر کنکشن ڈھانچے کو اپنانا چاہیے، جس کی خصوصیت نسبتاً آسان نفاذ سے ہوتی ہے اور وہ مختلف قسم کے بس معیارات (جیسے VME، بس، PCI بس، وغیرہ) کو براہ راست لاگو کر سکتا ہے۔ , بس پر مبنی باہم مربوط ڈھانچہ۔
5. سافٹ ویئر پروٹوکول اور معیارات۔
1990 کی دہائی کے وسط سے آخر تک، بیرونی ممالک اس بات کا مطالعہ کر رہے ہیں کہ سافٹ ویئر پلگ اینڈ پلے (Plug & Play) کو کیسے نافذ کیا جائے، اور اس کی بنیاد پر تجویز پیش کی ہے۔ JAVA/CORBA سافٹ ویئر پروٹوکول اور معیارات۔ "سافٹ ویئر بس" پر مبنی خیال ایک معیاری، کھلا اور استعمال میں آسان فن تعمیر کو قائم کرنا ہے۔ نام نہاد "سافٹ ویئر بس" "ہارڈ ویئر بس" کی طرح ہے جو اکثر کہا جاتا ہے۔ ایپلیکیشن ماڈیول کو معیار کے مطابق بس میں بنایا گیا ہے، اور مشترکہ آپریشن کو بس کو داخل کر کے پورا کیا جا سکتا ہے، اس طرح تقسیم شدہ کمپیوٹنگ ماحول کو سپورٹ کیا جا سکتا ہے۔ یہ ڈیزائن آئیڈیا سافٹ ویئر سسٹمز میں سافٹ ویئر کے دوبارہ استعمال کے قابل ہے۔
6. نظام کی بجلی کی کھپت، حجم اور قیمت۔
یہ سافٹ ویئر ریڈیو کی کمرشلائزیشن کی کلید ہے، اور اس کا حل بڑی حد تک ہارڈ ویئر ٹیکنالوجی کی ترقی پر منحصر ہے۔ چوتھا، سافٹ ویئر ریڈیو کی ترقی اور امکان
1990 کی دہائی سے، مختلف وائرلیس کمیونیکیشن سسٹمز کی تیز رفتار ترقی، ریڈیو کمیونیکیشن کے معیارات میں فرق، اور ڈیجیٹل سگنل پروسیسنگ ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ، سافٹ ویئر ریڈیو ٹیکنالوجی نے زیادہ سے زیادہ توجہ مبذول کرائی ہے، اور امید کی جاتی ہے کہ یہ مستقبل کا عالمی مواصلات بن جائے گا۔ نیٹ ورک نیا نظام.
مثالی ڈھانچے کے مطابق، RF سے بیس بینڈ تک سافٹ ویئر ریڈیو اسٹیشن کے تمام سگنل پروسیسنگ کے کام مکمل ڈیجیٹل شکل میں کیے جاتے ہیں، اس لیے یہ مکمل طور پر قابل پروگرام ہے، اور اس کی ساخت بھی قابلِ ترتیب اور دوبارہ پیدا کرنے کے قابل ہے۔ تاہم، چونکہ کوئی A/D کنورٹر نہیں ہے جسے ریڈیو فریکوئنسی بینڈ پر لاگو کیا جا سکتا ہے، اس لیے ایک اور موضوع جس پر اب تحقیق کی جا رہی ہے وہ سافٹ ویئر ریڈیو اسٹیشن کا ڈیجیٹل RF فرنٹ اینڈ ہے، جو پوری فریکوئنسی کی ڈیجیٹائزیشن کی کلید ہے۔ بینڈ
موجودہ ڈیجیٹل سگنل پروسیسنگ ڈیوائسز (DSPs) کو IF، بیس بینڈ یا ٹرمینل جیسے حصوں میں سگنل پروسیسنگ کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال کیا گیا ہے، جس نے ریڈیو آلات کی تکنیکی کارکردگی کو ایک نئی اور جدید سطح پر پہنچا دیا ہے، لیکن اس کا RF فرنٹ اینڈ اب بھی تنگ ہے۔ . سافٹ ویئر ریڈیو اسٹیشن کے لیے، اس کے RF فرنٹ اینڈ میں A/D کنورٹر کو عام طور پر 2MHz سے 3GHz تک، پورے کمیونیکیشن فریکوئنسی بینڈ کو ہینڈل کرنے کے قابل ہونا چاہیے۔ اس کے علاوہ، موبائل کمیونیکیشن سگنلز کی مخصوص خصوصیات دھندلاہٹ اور شیلڈنگ ہیں، اور مضبوط بلاکنگ اور مداخلت ہو سکتی ہے۔ نتیجے کے طور پر، موصول ہونے والے RF کے اختتام پر ظاہر ہونے والے موبائل کمیونیکیشن سگنلز کی متحرک حد 100dB یا اس سے زیادہ ہے۔ اگر موبائل کمیونیکیشن سگنلز کے مختلف معیارات پر غور کیا جائے تو اس کی متحرک حد زیادہ ہوگی۔ 10MHz کی بینڈوتھ والے سسٹم کے لیے، نمونے لینے کی فریکوئنسی 25MHz سے زیادہ ہے، جس کے لیے 2500MIPS کمپیوٹنگ پروسیسنگ کی صلاحیت کی ضرورت ہوتی ہے، جو RF فرنٹ اینڈ کے ذریعے پروسیس کیے جانے والے سگنل ماحول کی ضروریات کو پورا کرنے سے بہت دور ہے۔ یہاں تک کہ A/D کنورٹرز بینڈوڈتھ اور متحرک رینج کی ضروریات کو پورا کرنے کے قابل ہونے کے باوجود، ان کی بجلی کی ضروریات اب بھی موبائل ٹرمینلز کے استعمال میں رکاوٹ بن سکتی ہیں۔ موجودہ مرحلے پر تیار کیا گیا سافٹ ویئر ریڈیو اسٹیشن مکمل فریکوئنسی بینڈ ڈیجیٹائزیشن کے مثالی ڈھانچے کو نہیں اپنا سکتا، لیکن Rf فرنٹ اینڈ کے جزوی فریکوئنسی بینڈ ڈیجیٹائزیشن کے عملی ڈھانچے کو اپناتا ہے۔
خلاصہ یہ کہ سافٹ ویئر ریڈیو کے دو معنی ہیں: ایک ریڈیو فریکوئنسی (RF) فرنٹ اینڈ، اور دوسرا ڈیجیٹل سگنل پروسیسنگ؛ اس کے بنیادی اجزاء براڈ بینڈ A/D/A کنورٹرز اور تیز رفتار DSP چپس ہیں۔ سافٹ ویئر ریڈیو کا سب سے بڑا فائدہ یہ ہے کہ یہ ہارڈویئر پلیٹ فارم پر مختلف کام کرنے والے پیرامیٹرز کی وضاحت کرکے اور وائرلیس بینڈ اور چینل تک رسائی کے طریقہ کے مطابق چینل کے ڈھانچے کو دوبارہ ترتیب دے کر مختلف سگنل پروسیسنگ کے کاموں کو مکمل کر سکتا ہے۔ لہذا، ہر کام کے معیار کے لیے ایک سرشار ڈیجیٹل فرنٹ اینڈ کو ایک مشترکہ ہارڈویئر پلیٹ فارم پر ڈیزائن کیا جا سکتا ہے، یا مختلف کام کے معیارات کی مشترکات کو استعمال کیا جا سکتا ہے۔ سابقہ ڈیزائن نہ صرف آزادی کی سب سے بڑی ڈگری حاصل کرتا ہے، بلکہ استعمال ہونے والے گیٹس کی تعداد کو بھی کم کرتا ہے، جب کہ بعد کے ڈیزائن میں ڈیجیٹل فرنٹ اینڈ فنکشنز کے لیے مخصوص الگورتھم تیار کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن اسے ASICs کے ساتھ لاگو کیا جا سکتا ہے، جس سے ہمیں فائدہ اٹھانے کی اجازت ملتی ہے۔ سافٹ ویئر ریڈیو کے تصور کا۔
عام طور پر، اگرچہ سافٹ ویئر ریڈیوز اصل میں ملٹری شارٹ ویو اوور دی ہورائزن کمیونیکیشنز کے لیے تیار کیے گئے تھے، کیونکہ وہ اعلیٰ سطح کی وفاداری پیش کرتے ہیں جو اینالاگ ریسیورز میں نہیں پائی جاتی، وہ بہترین لچک بھی پیش کرتے ہیں۔ تھوڑی سی ترمیم کے ساتھ، یہ مختلف صارفین کی ضروریات کو پورا کر سکتا ہے، اور اس کی قیمت بہت کم ہے۔ ڈیجیٹل سگنل پروسیسنگ ٹیکنالوجی کی تیز رفتار ترقی کے ساتھ مل کر، یہ سول کمیونیکیشن کے میدان میں، خاص طور پر موبائل کمیونیکیشن میں تیزی سے استعمال ہوتی رہی ہے۔ سسٹم میں درخواست زیادہ وسیع ہے۔
