Software Defined Radio (SDR) ist ein Paradigma der Funkkommunikation, bei dem traditionelle Signalverarbeitungsfunktionen, die zuvor in Hardware implementiert wurden, stattdessen durch Software ausgeführt werden.

Seit seiner Entwicklung Anfang der 1990er-Jahre hat SDR aufgrund seiner hohen Flexibilität, Rekonfigurierbarkeit und Skalierbarkeit sowohl in der akademischen Forschung als auch in der Ingenieurpraxis rasch an Popularität gewonnen. Heute ist SDR zu einer zentralen technologischen Grundlage moderner drahtloser Kommunikationssysteme geworden.

In einer SDR-Architektur werden Modulation, Demodulation, Filterung, Codierung und Protokollverarbeitung primär von Software übernommen, während die Hardware auf ein minimales HF-Frontend und Hochgeschwindigkeits-Datenschnittstellen reduziert ist. Dieser Designansatz:

• Reduziert die Entwicklungs- und Verifizierungskosten erheblich
• Verbessert die Systemrekonfigurierbarkeit und Skalierbarkeit erheblich
• Beschleunigt den Übergang von dedizierter Hardware zu universellen Computerplattformen

Daher findet SDR breite Anwendung in Forschung, Ausbildung, Prototyping, drahtloser Sicherheit und Amateurfunk.

Der folgende Vergleich basiert auf persönlichen Erfahrungen und Rückmeldungen aus der Community und stellt eine ingenieurtechnisch orientierte Perspektive dar.

HackRF One ist eine der bekanntesten SDR-Plattformen und wird oft als ideales Einsteigergerät angesehen.

Vorteile

• Hervorragende plattformübergreifende Unterstützung (Windows, Linux, macOS)
• Aktive Community mit zahlreichen Tutorials und Tools
• Wählbare HF-Filteroptionen
• Breiter Frequenzbereich: 1 MHz – 6 GHz
• Native Unterstützung durch die meisten gängigen SDR-Softwareprogramme

Einschränkungen

• 8-Bit-ADC und -DAC mit begrenztem Dynamikbereich
• USB 2.0-Schnittstelle mit einer maximalen praktischen Bandbreite von ~20 MHz
• Nur Halbduplex-Betrieb
• Besser geeignet für Überwachung und Experimente als Hochleistungskommunikationssysteme

LimeSDR ist bekannt für seine höhere Leistungsfähigkeit und offene Architektur und wird häufig beim Prototyping von LTE und 5G eingesetzt.

Vorteile

• 12-Bit-ADC und DAC
• Frequenzbereich: 100 kHz – 3,2 GHz
• Vollduplex 2×2 MIMO-Unterstützung
• USB 3.0- oder PCIe-Schnittstelle mit bis zu 61,44 MHz Bandbreite
• Onboard-TCXO für verbesserte Frequenzstabilität
• Höhere Empfindlichkeit und Gesamtleistung als HackRF

Einschränkungen

• Thermische Herausforderungen im Hochfrequenzbetrieb
• Begrenzte Vorwärtsfilterung, anfällig für Spiegel- und Störsignale
• Treiber und Bibliotheken können unter Windows und Ubuntu empfindlich auf Betriebssystemaktualisierungen reagieren.

PlutoSDR, entwickelt von Analog Devices, ist eine kostengünstige Plattform, die für Ausbildungs- und Ingenieurexperimente konzipiert wurde.

Vorteile

• 12-Bit-ADC und DAC
• Nennfrequenzbereich: 325 MHz – 3,2 GHz
• Firmware-erweiterbarer Bereich: 70 MHz – 6 GHz
• Vollduplexbetrieb
• Eingebettetes Linux-System, das zum eigenständigen Betrieb fähig ist
• FPGA- und ARM-Architektur ermöglichen Hardware-Software-Co-Design
• USB-OTG- oder Ethernet-Anschluss über Adapter
• Gute Empfängerempfindlichkeit zu einem wettbewerbsfähigen Preis

Einschränkungen

• Die Stabilität der USB-Verbindung kann je nach Umgebung variieren.
• Begrenzte HF-Filterung führt zu Bildartefakten
• USB 2.0-Schnittstelle mit einer praktischen Bandbreite von ca. 4 MHz
• Beobachtung eines breiten Spektrums möglich, jedoch mit erheblichem Abtastverlust
• Fehlende komfortable hochpräzise externe Taktsynchronisation

Die Stärke von SDR liegt nicht nur in der Hardwareleistung, sondern auch in seinem umfangreichen Open-Source-Ökosystem, zu dem Folgendes gehört:

• Softwaredefinierte Funkempfänger und Signalüberwachung
• Digitale Kommunikation und drahtlose Videoübertragung
• OpenWiFi: https://github.com/open-sdr/openwifi
• OpenLTE: https://sourceforge.net/p/openlte/wiki/Home/
• Analyse und Sicherheitsforschung zu drahtlosen Protokollen

Im Bereich der HF-Chipsätze hat Analog Devices (ADI) maßgeblich zur SDR-Entwicklung beigetragen. Die AD93xx-Serie (z. B. AD9361, AD9363 und AD9371) zeichnet sich durch ihre Leistungsfähigkeit, die Qualität der Dokumentation und die umfassende Unterstützung des Ökosystems aus.

Referenz: ADI SDR Hardware-Dokumentation

• HackRF One eignet sich ideal zum Lernen, Überwachen und zur Protokollanalyse.
• LimeSDR eignet sich für leistungsorientierte und MIMO-basierte Kommunikationsprototypen.
• PlutoSDR bietet einen hohen Bildungs- und Ingenieurswert innerhalb des ADI-Ökosystems.

SDR ist nicht nur ein Ansatz zur Hardware-Implementierung, sondern eine Systemphilosophie für drahtlose Technologien. Dank kontinuierlicher Fortschritte bei FPGAs, SoCs und Allzweckrechnern senkt SDR stetig die Hürden für die Entwicklung drahtloser Systeme und ermöglicht flexiblere und effizientere technische Lösungen.