ソフトウェア無線（ソフトウェアむせん、SDR, Software-defined radio）とは、従来、アナログハードウェアとして実装されていた部品(ミキサー、フィルタ、アンプ、変調器/復調器、検出器など)による機能を、代わりに、パソコン内のソフトウェア、または組み込みシステムによって実現する無線通信技術である。一般的に広い周波数範囲において多くの変調方式が可能となるように、ソフトウェアが汎用性の高いプログラム可能なハードウェアを制御するもの、として考えられる。
ソフトウェア無線は、デジタルシグナルプロセッサ（DSP）などで大量に信号処理することで実現され、新たにソフトウェアを動作させて異なる無線通信方式を実現する無線機器を作り出すことを目標に研究している。
軍事分野や携帯電話サービスにおいて重要な有用性があり、どちらもさまざまに変化する無線プロトコルを正確にリアルタイムで提供する必要がある。
ハードウェアはダイレクトコンバージョンまたはスーパー・ヘテロダインまたはダイレクトサンプリング方式の無線周波数部https://www.jaia.or.jp/shiryo/2018ham.pdf 23頁、アナログ-デジタル変換回路、DSP、デジタル-アナログ変換回路等で構成され、現在のソフトウェア無線で簡単な無線モデムとしての使用例も見られる。
将来は無線通信でソフトウェア無線が支配的な技術になるだろう、とコグニティブ無線の可能性を図る意見も散見される。
概要 現在は周波数や変調方式をはじめとする無線通信方式が多様化して、多くの無線通信機器が混在し、複数の無線通信方式に対応する機器は非常に実用的で、複数の無線通信方式に対応したマルチモード端末が登場している。
無線通信の実用化以来多くの機能はハードウェアに実装されたが、近年は機能のハードウェア実装に線通信方式と同数の電子回路を要し、小型化やコストで難点が多い。従来のハードウェアを代替してソフトウェアで各種の無線通信方式が実現可能なら、面倒な作業を省力して簡単に、新機能の追加や機能変更が可能となる利点がある。従来は全てハードウェアで実現した無線通信機器の機能の一部を、ソフトウェアで置き換えたソフトウェア無線や技術が開発されている。
携帯電話や無線LANなどで、電気通信事業者毎の周波数特性などをハードウェアに実装せずに製造工程の最終段階でソフトウェア定義する事例は、初歩的なソフトウェア無線と考えられる。
ソフトウェア無線は、電波のハッキングにも使用できる。Wi-Fi、Bluetooth、携帯回線、警察無線、航空管制の通信まで盗聴できる。 許可なく他人の暗号化された通信の解読や通信の改ざんをする行為は、不正アクセス禁止法によって禁じられており、刑事罰を受ける可能性があるe-GOV 法令検索「平成十一年法律第百二十八号 不正アクセス行為の禁止等に関する法律」。
動向
国際動向 米国では1990年代から、SPEAKEasyシステムの開発を皮切りに、軍用の各種通信機器と相互に通信を行う研究開発など、軍事利用のため積極的に研究開発されている。最近はGSM方式の携帯電話用基地局まで実用化が進みつつある。連邦通信委員会は2001年9月からソフトウェア無線のための基準認証の方式を設けているが、実績は2007年1月までに35件である。
国内動向 NECが研究開発し、自衛隊の野外通信システム自衛隊が「ソフトウェア無線機」を公開---NECが開発し、3.11でも活躍 RBB TODAY 2013年11月21日や小田急線の列車無線NEC、小田急電鉄にソフトウェア無線による新列車無線システムを納入開始 インターネットコム 2013年2月13日などに導入されている。
アマチュア無線 アマチュア無線用のハードウェアは幅広く、Zeus ZS-1ZS-1 Project http://zs-1.ruZS-1 Zeus Transceiver http://www.radioaficion.com/HamNews/articles/9483-zeus-zs-1-sdr-transceiver.html や Flex RadioFlex Radio SDR Transceiver https://www.flex-radio.com/ など高性能なトランシーバのほかに、SoftRock SDRSoftRock SDR キット http://wb5rvz.com/sdr/ 、Genesis SDRGenesis SDR キット http://www.genesisradio.com.au/ などの自作派向けキットがある。受信のみを目的とした FiFi SDRFiFi SDR Receiver http://o28.sischa.net/fifisdr/trac（短波受信）、Quadrus coherent multi-channel SDR receiverQuadrus coherenet multi-channel SDR receiver http://spectrafold.com/quadrus（短波・VU受信）なども市販されている。
Realtek RTL2832UUsing DVB USB Stick as SDR Receiver https://sdr.osmocom.org/trac/wiki/rtl-sdrRTL-SDR Blog http://www.rtl-sdr.com や Elonics E4000、 Rafael Micro R820TSupport for the Rafael Micro R820T tuner in Cocoa Radio http://www.alternet.us.com/?p=1814 など低価格の地上デジタル放送受信用 DVB-T USB ドングルを広帯域SDR受信機として使用する試みがなされている。graves radar の信号を利用したペルセウス座流星群の観測などが行われている。
WebSDRWebSDR http://websdr.orgはPieter-Tjerk de Boerが開始したプロジェクトで、ブラウザから世界各地に設置した短波帯域を受信できる SDR へアクセスを提供するものである。近年、これらのシステムを使いChirp Transmitterを信号解析したChirp Signals analyzed using SDR http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/chirps/。
ハードウェア CPLD/FPGA非搭載機 RTL-SDR （RTL2832U （ADC+USB 2.0コントローラ）+R820T/R820T2/E4000/FC0012/FC0013（RFチューナ））- 安価なテレビチューナードングルに使われている組み合わせ。7bit相当のADC。 SDRPlay RSP、MIRICS MSI3101及びLogitec LDT-1S310U/J （MSi2500（DSP+ADC+USB 2.0コントローラ）+MSi001（RFチューナ））SDRplay Radio Spectrum Processor radiouser 2014年12月Comparing USB dongles. Sideband noise on 144 MHz. SM5BSZ 2014年1月9日MIRICS MSi3101 SDR USB Dongle HAM Radio - 10bit相当のADC。 AirSpy（LPC4370（ARM CPU+ADC+USB 2.0コントローラ）+R820T2 (RFチューナ））Airspy radiouser 2015年3月 CPLD/FPGA搭載機 HackRF（XC2C64A (CPLD)+MAX2837（RFトランシーバ）+MAX5864 (ADC/DAC)+LPC4330（ARM CPU+USB 2.0コントローラ））HES2014 - HackRF A Low Cost Software Defined Radio Platform by Benjamin Vernoux Benjamin Youssef, Vernoux Touil 2014年4月12日 BladeRF（Cyclone IV (FPGA)+Cypress FX3（ARM CPU+USB 3.0コントローラ）+LMS6002D（RFトランシーバ+ADC/DAC））nuand bladeRF Overview Ryan Tucker 2013年9月13日 USRP ADALM-PLUTO（Zynq Z-7010（ARM CPU+FPGA+USB 2.0コントローラ）+AD9363（RFトランシーバ+ADC/ADC））ADALM-PLUTO Evaluation Board Analog Devices Sidekiq X2 - AD9371とThunderbolt 3を採用するEpiq Solutions Announces the Sidekiq X2 Multi-Channel RF Transceiver PRNewswire 2017年8月30日上位機種 RFSoC搭載機
電波法上の取扱い
電波法では、ソフトウェアの書き換えによって無線通信方式が変化する場合、ハードウェアを変更する場合と同様の結果が得られることから、無線設備に変更の工事を加えたとみなされることになるため、発射する電波が微弱であって無線局免許を要しないとされる場合を除き、引き続き使用することはできない。
本格的なソフトウェア無線の実用化を念頭に、ソフトウェアを書き換えた場合でも引き続き使用することができるような法整備を望む意見が関連学会などにあり、無線通信の混信を防止する確実な手段を講じることができないなどの理由から無線通信の使用者に異論がある。
2005年に日本の無線LANのチャンネルが改められた際に、主として消費者保護の観点から、特別に試験的なソフトウェアの書き換えによるチャンネル変更が認められている。
通信外用途のソフトウェア無線 核磁気共鳴分光計 (NMR) や核磁気共鳴画像法 (MRI) で従来の複雑で高価で柔軟性に欠けるハードウェアをソフトウェア無線に置き換える試みが進められる。
一覧 名称 機種 周波数帯 最大帯域幅 RXADCbits TXDACbits 送信機能の有無 サンプリングレート Panadapters / 受信機 ホストインターフェース Windows Linux Mac FPGA 基本価格 ADAT ADT-200A 半完成品 10 kHz – 30 MHz (計画されたモジュールは 50–54 MHz, 70.0–70.5 MHz, と 144–148 MHz)0.5–100 kHz ? ? 1/3 組み込みシステム (PC不要), USB, インターネット遠隔操作 , オプションで R-1 & ADAT Commander ? ? AD-FMCOMMS2-EBZhttp://www.analog.com/ad-fmcomms2-ebz https://wiki.analog.com/resources/eval/user-guides/ad-fmcomms2-ebz http://www.analog.com/ad9361 半完成品 2400 – 2500 MHz 12 12 61.44 MSPS 2/2 FMC (Xilinx ボードへ) あるいは USB 2.0 またはギガビットイーサネット AD-FMCOMMS3-EBZhttp://www.analog.com/ad-fmcomms3-ebz https://wiki.analog.com/resources/eval/user-guides/ad-fmcomms3-ebz http://www.analog.com/ad9361 半完成品 70 MHz – 6 GHz 12 12 61.44 MSPS 2/2 FMC (Xilinx ボードへ) あるいは USB 2.0 またはギガビットイーサネット AD-FMCOMMS4-EBZhttp://www.analog.com/ad-fmcomms4-ebz https://wiki.analog.com/resources/eval/user-guides/ad-fmcomms4-ebz http://www.analog.com/ad9361 半完成品 70 MHz – 6 GHz 12 12 61.44 MSPS 1/1 FMC ( Xilinxボードへ) あるいは USB 2.0 またはギガビットイーサネット. AD-FMCOMMS5-EBZhttp://www.analog.com/ad-fmcomms5-ebz https://wiki.analog.com/resources/eval/user-guides/ad-fmcomms5-ebz http://www.analog.com/ad9361 半完成品 70 MHz – 6 GHz 12 12 61.44 MSPS 4/4 FMC (Xilinx ボードへ) あるいは USB 2.0 またはギガビットイーサネット. ADALM-PLUTOhttp://www.analog.com/media/en/news-marketing-collateral/product-highlight/ADALM-PLUTO-Product-Highlight.pdf 半完成品 325 MHz – 3.8 GHz (70 MHz – 6 GHz with software modificationhttps://www.rtl-sdr.com/adalm-pluto-sdr-hack-tune-70-mhz-to-6-ghz-and-gqrx-install/) 4 MHz 12 ? 61.44 MSPS 1/1 USB 2.0, イーサネット & USB-OTG アダプター付きWLAN Xilinx Zynq Z-7010 AFEDRI SDR 半完成品 100 kHz – 30 MHz 1.85 MHz ? 80 MSPS 0/2 USB 2.0, 10/100 イーサネット AirSpy Pre-build 24 – 1750 MHz 12 20 MSPS MSps ADC カスタムアプリケーションへは80 MSPSまでのサンプリング 0/1 USB ポートの使用 noneAirspyHF+半完成品9Khz-31Mhz 60Mhz-260Mhz2236 MSPS0/1USB Apache Labs ANAN-10E 半完成品 10 kHz – 55 MHz 14 ? 10W 122.88 Msps 0/2 ギガビットイーサネット Apache Labs ANAN-10/100 半完成品 10 kHz – 55 MHz 16 ? 10/100W 122.88 Msps 0/4 ギガビットイーサネット - Apache Labs ANAN-100D/200D 半完成品 10 kHz – 55 MHz 16 ? 100W 122.88 Msps 0/7 ギガビットイーサネット - Apache Labs ANAN-7000DLEhttps://apache-labs.com/al-products/1050/ANAN-7000DLE-100W-HF--6M-Transceiver.html 半完成品 10 kHz – 60 MHz 16 16 100W ? 0/7 ギガビットイーサネット AOR AR-2300 半完成品 40 kHz – 3.15 GHz ? 65 MSPS 1/1 組み込みシステム (PC不要), USB ? ? ARSP / Wideband MIMOhttp://www.agile-sdr-solutions.com/ASRP4.html , http://www.mathworks.com/matlabcentral/newsreader/view_thread/330808 初期の組み立てキット / 半完成品 400 MHz – 4.4 GHz ? ? 8mhz ストリーミング / 50mhz ? USB 2.0 ASR-2300 半完成品 / オープンソース設計 300 MHz – 3.8 GHz, 2つの汎用広帯域 RX と選択可能な GPS, ISM, PCS, UHF RX 周波数帯 ? ? <40 MHz (プログラミング可能) 0/2 USB 3.0 SuperSpeed Bitshark Express RX 組み立てキット 300 MHz – 4 GHz ? 105 MSPS (受信のみ) 0/1 ? PCIe ? bladeRF 半完成品 300 MHz – 3.8 GHz 12 12 80 kSPS – 40 MSPS ? USB 3.0 SuperSpeed Altera Cyclone 4 E ColibriDDC 半完成品 10 kHz – 62.5 MHz, up to 800 MHz (オーバーサンプリング) 38 – 312 kHz 14 125 MSPS 3/4 10/100 イーサネット ? COM-3011 半完成品 20 MHz – 3 GHz ext 外部のADCが必要 (I/Q 出力) ? USB ? ? Crimson TNG 半完成品 DC – 6 GHz> 1200 MHz (4つの独立した受信チェーンと4つの独立した送信チェーンでそれぞれ322MHzまでの高周波周波数帯域) 16 16 4つのデュアルチャンネル, 16 bit, 370 MSPS ADCs 2つのクアッドチャンネル, 16 bit, 2500 MSPS DACs 4/4 2x 10Gbit/s SFP+, イーサネット Cross Country Wireless SDR receiver v. 3 半完成品 472 – 479 kHz, 7.0–7.3 MHz/10.10–10.15 MHz,and 14.00–14.35 MHz ext 外部の ADCが必要 (I/Q 出力) 1/1 水晶制御式2チャンネル DRB 30 半完成品 30 kHz – 30 MHz ext 外部のADCが必要 (I/Q 出力) ? LPT パラレルポート XPまで ? ? DX Patrol 半完成品 100 kHz – 2 GHz (RTL2832U, R820T, 40 MHz upconverter) 8 2.4 (最大3.2) Msps ? USB ? ? easySDR USB Dongle 半完成品 64 – 1700 MHz ? 48, 96 kHz 0/1 USB Elektor SDR Bare PCB and 半完成品 150 kHz – 30 MHz ? サウンドカード ADC: 48, 96, と 192 kHz 0/1 USB -PCB用は Elektor AVR SDRhttp://www.elektor.com/avr-software-defined-radio-100182-72 http://www.elektor-labs.com/project/avr-software-defined-radio-2-sampling-signals-100181.12045.html 組み立てキットと半完成品 アンダーサンプリングで1 MHzまで ? 15 kS/sまで 0/1 UART via RS2-232 コンバーターまたは USB ブリッジ - ELAD FDM-S1 半完成品 20 kHz – 30 MHz, アンダーサンプリングで200 MHzまで ? 61.44 MHz 1/4 USB Xilinx ELAD FDM-S2 半完成品 HF:9 kHz – 52 MHz / FM:74 MHz - 108 MHz / VHF:135 MHz - 160 MHz 6 MHz ? 122.88 MHz 1/8 USB 2.0 Xilinx Spartan-6 ELAD FDM-DUO 半完成品 HF:10 kHz – 54 MHz(experimental up to 165 MHz) 6 MHz 16 ? 122.88 MHz 1/8+1 組み込みシステム + 3x USB 2.0 Xilinx Spartan-6 Elecraft KX3 半完成品または組み立てキット 0.5 – 54 MHz (144–148 MHz 選択可能) 14 ? 30 kHz? 0/1 USB or 組み込みシステム (PC不要) FiFi-SDR 半完成品 200 kHz – 30 MHz ? 96 kHz (統合サウンドカード) 0/1 USB ? FLEX-6700 半完成品 0.01 – 73, 135 – 165 MHz 24-192kHz RX (x8), 14MHz 表示 (x8) ? ? 245.76 MSPS 8/8 Ethernet FLEX-6700R 半完成品 0.01 – 73, 135 - 165 MHz 24-192kHz RX (x8), 14MHz 表示 (x8) ? 245.76 MSPS (受信機) 8/8 イーサネット FLEX-6500 半完成品 0.01 – 73 MHz 24-192kHz RX (x4), 14MHz 表示 (x4) ? ? 245.76 MSPS 4/4 イーサネット FLEX-6300 半完成品 0.01 – 54 MHz 24-192kHz RX (x2), 14MHz 表示 (x2) ? ? 122.88 MSPS 2/2 イーサネット FLEX-5000A 半完成品 0.01 – 65 MHz 48-192kHz (x2) ? ? 48, 96, 192 kHz 2/2 1394a Firewire FLEX-3000 半完成品 0.01 – 65 MHz 48-96kHz ? ? 48, 96 kHz 1/1 1394a Firewire FLEX-1500 半完成品 0.01 – 54 MHz 48kHz ? ? 48 kHz 1/1 USB FreeSRP 半完成品 (OSHW) 70 – 6000 MHz 61.44 MHz ? ? 61.44 Msps 1/1 USB 3.0 ? ? ? - FUNcube Dongle 半完成品 64 – 1700 MHz ? 96 kHz 0/1 USB FUNcube Dongle Pro+ 半完成品 0.15 – 240 MHz, 420 – 1900 MHz ? 192 kHz 0/1 USB HackRF Onehttps://greatscottgadgets.com/hackrf/, http://www.kickstarter.com/projects/mossmann/hackrf-an-open-source-sdr-platform 半完成品 1 MHz – 6 GHz20 MHz ? ? 8 – 20 Msps 0/1 USB 2.0 HiQSDR 半完成モジュールと組み立てキットプリント基板 30 kHz – 62 MHz ? 48 – 960 kHz ? 10/100 Ethernet - HobbyPCB RS-HFIQ 半完成品 3 MHz – 30 MHzUp to 250 kHz サウンドカードに依存 ? ? Yes, 5 Watts サウンドカードに依存 2/1 Using HDSDR software IとQ入力と出力のためサウンドデバイスを備える計算機資源に関連 Yes, HDSDR, PowerSDR Yes, Quisk, Linrad, GNU Radio Yes, 多様なソフトウェア Hunter SDR 組み立てキット 2.5 – 30 MHz (1 – 30 MHz typ.) ext 外部のADCが必要 (I/Q 出力) ? USB ISDB-T 2035/2037 半完成品 50 – 960 MHz8 MHz ? 0.5-12 MS/s 0/1 USB Kanga Finningley 組み立てキット 3.750 MHz ± 48 kHz ext 外部のADCが必要 (I/Q 出力) ? None LimeSDR 半完成品 (full Open Source/Hardware) 100 kHz – 3.8 GHz 61.44 MHz (120 MHz internally) 12 ? 61.44 Msps 2/2 USB 3.0, PCIe Altera Cyclone IV (USB) - (PCIe) LimeSDR-Mini 半完成品 (full Open Source/Hardware) 10 MHz – 3.5 GHz 30.72 MHz 12 ? 30.72 Msps 1/1 USB 3.0, PCIe Altera MAX 10 LD-1B 半完成品 100 kHz – 30 MHz ext 外部のADCが必要 (I/Q 出力) ? USB ? ? Matchstiq 半完成品 300 MHz – 3.8 GHz ? ? 40 MSPS (RX/TX) ? Embedded System or USB Xilinx Spartan 6 MB1 半完成品 10 kHz – 160 MHz 38–312 kHz 16 14 160 MSPS (RX), 640 MSPS (TX) 3/4 10/100 イーサネット, WLAN (optional) ? Mercury 半完成品 0.1 – 55 MHz ? 122.88 MSPS 0/7 USB (via Ozy) またはイーサネット (Metisを経由) Myriad-RF 1 半完成品 300 MHz – 3.8 GHz ? プログラム可能 (16 selections); 0.75 – 14 MHz, 迂回モード 1/1 標準コネクタ FX10A-80P none NooElec NESDR SMArt 半完成品 25 – 1750 MHz ? USB ? NetSDR PnP 0.1 kHz – 34 MHz ? 80.0 MHz 0/1 ? Ethernet Noctar 半完成品 PCIe card 100 kHz – 4 GHz200 MHz ? ? ? PCI Express ×4 Odyssey TRX Pre-build 0.5 – 55 MHz ? 122.880 MSps ADC sampling, 48k-960k output samplrate 2/2 LAN, WiFi, USB Altera Cyclone IV Perseus 半完成品 10 kHz – 40 MHz (87.5–108 MHz using FM down-converter) 1.6 MHz 16 80 MS/s(16 bit ADC) ? USB 2.0 ? Pappradiohttp://pappradio.de/ https://code.google.com/p/libpappradio/ 半完成品 150 kHz – 30 MHz (210 MHz using harmonics) ext 外部のADCが必要 (I/Q 出力) ? USB ? PCIe SDR MIMO 2x2http://www.amarisoft.com/document/SDR-MIMO-PCIe-Card.pdf 半完成品 70 MHz – 6 GHz ? 61.44 Msps 2/2 PCIe (1x) PM-SDR 半完成品 100 kHz – 50 MHz(up to 165 MHz using harmonics) 192 kHz ext 外部のADCが必要 (I/Q 出力) ? USB ? PrecisionWave Embedded SDR 半完成品 / Customizable Frontends 1 MHz – 9.7 GHz(depending on frontend) 2x RX: 155 MHz 2x TX: 650 MHz 2x2 MIMO Audio: up to 320 Kbps ? 310 MSPS 2 Embedded System