软件无线电-第三章-软件无线电的结构演示教学
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软件无线电的原理与应用_第三章
发射机信道化的基本概念 ----一部发射机同时发射多个信号
设有待发射的I个基带复信号为mi(t) (i=0,1,…,I-1),信号带 宽为BS,用相同的采样率FS对其进行采样，各自有不同的频谱
多通道并行实现，未简化结构
复信号多相结构最终结果：
' (1) r x (r ) * h (r ), when I is even y (r ) ' when I is odd x (r ) * h (r ),
实信号,频谱共轭对称,半边谱包含所有信息. 2D, 复混频及LPF后的信号为复信号，带宽为pi/D, why? 故可进行2D抽取
实信号的另一种信道分配方案
X(k-)频移Wk，落入低通滤波器内 D=3,k=2 Wk=3pi/2D
Wk
高效实现方法--多相滤波实现
信道化方法的缺点:D值很大时,信道数多,LPF阶数 很大,每一信道都需要一个LPF,实现效率非常低 多相滤波实现推导：第K路输出为
重点讨论内容
单通道软件无线电发射机数学模型
调制方式：先根据调制方式求出同相和正交分量，再 分别与两个正交本振相乘并求和即可得调制信号
AF and FM
S AM (t ) (1 mAm(t )) cos(w0t ) S FM (t ) cos(w0t K f m( )d )
3.1.3 宽带中频带通采样SDR结构
分段 滤波器 双工器
功放
高放 LO 放大
一中放
A/D
LO
滤波 D/A
DSP (软件)
特点:宽带中频结构；超外差体制； A/D前,D/A后的模拟预处理电路比较复杂； A/D采样数字化负担大大减轻； 不需要第一种结构的超高速采样和第二种结构的 高精度、高工作带宽所要求的采样保持放大器
软件无线电的主要原理及技术
软件无线电的主要原理及技术嘉兆科技本文主要介绍了软件无线电的概念、主要原理、关键技术及在生活中的广泛应用。
它是以开放性、标准化、模块化、通用性、可扩展的硬件为平台，通过加载各种应用软件来实现不同用户，不同应用环境的不同需求，是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线电通信体系结构，是数字无线电的高级形式。
首先介绍了软件无线电的理论基础，即带通采样理论，多速率处理信号技术，高效信号滤波，数字正交变换理论，这些都是软件无线电实现的理论基础，然后是其关键技术，宽带智能天线技术，A/D转换技术，数字上/下变频技术，数字信号处理部分，这些技术是实现软件无线电的关键和核心所在。
最后，对其应用领域也进行了描述，指出其在个人移动通信，军事通信，电子站，雷达和信息加电中的巨大潜力。
软件无线电这个术语最早是美军为了解决海湾战争中多国部队各军种进行联合作战时遇到的互通互操作问题而提出的新概念。
陆，海，空三军简单就工作频段来分，解决了互不干扰问题，但三军联合作战时互通，互联，互操作问题难以解决，于是1992年提出了软件无线电的最初设想，并于1995年美国国防高级研究计划局提出了SPEAKEASY计划，称之为易通话计划，其最终目的是开发一种能适应联合作战要求的三军统一的多频段，多模式电台，即MBMMR电台。
进而实现联合战术无线电系统（简称JTRS），它是在MBMMR的基础上提出的一种战术通信系统。
软件无线电以开放性，标准化，模块化，通用性，可扩展的硬件为平台，通过加载各种应用软件来实现不同用户，不同应用环境的不同需求，实现各种无线电功能，选用不同软件可实现不同功能，软件可以升级更新，硬件也可像计算机升级换代，可称为超级计算机。
它是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线电通信体系结构，是数字无线电的高级形式。
理想软件无线电的结构框图：一、软件无线电的理论基础•采样理论：由于软件无线电所覆盖的频率范围一般都要求比较宽，例如从0.1MHZ到2.2GHZ，只有具有这么宽的频段才能具有广泛的适应性。
软件无线电技术概述PPT课件
软件无线电技术
整理人：吴玉成
主要内容
一、软件无线电技术概述 二、软件无线电的关键和难点 三、软件无线电研究 四、软件无线电的应用 五、第三代移动通信中的软件无线电技术
一、 软件无线电技术概述
改变未来世界之技术 软件无线电的由来、发展及研究机构
软件无线电的基本概念
软件无线电主要特点 软件无线电优势
改变未来世界之技术
无线漫游的革命
• 无线通信领域是一个标准混乱的世界。手机通信、无线局 域网、军用无线通信、以及公共安全无线网络各自在特定 的频段工作，这一工作频率是相关硬件在工厂生产时就已 经设定的。所以美国的CDMA手机在欧洲不能用，而欧洲 的许多GSM手机在日本也没法用。
• 用软件替代相关硬件，从而能够与不同标准、不同工作频 段的无线通信网络兼容。这种技术称为软件无线电 (softwareradio)。
• 军事应用中，软件无线电技术将使海陆空各级指挥官和士 兵能够在激烈战斗的时候保持无线通信。
• 软件无线电技术进入消费市场还要再过一段时间。不过几 年之内，你就可以买一个能够在各种不同标准无线通信网 络工作的手机，从此无线漫游再无障碍。
• 软件无线电技术的崛起走的是从军用到民用的老路。无线 通信中CDMA(码分多址)本来是军用卫星通信技术，后来 用到民用移动通信，并因此出现了高通这样的企业。所以 就是在今天，军用领域的需求仍然是推动技术发展的动力。
软件无线电的由来
软件无线电最初是在军事通信中提出的，软件无线电作 为军用技术已有30年以上的历史，但是由于不同部队用 于不同目的的无线电台在工作频段、调制方式上存在差 异而无法互通。如果需要互通，就需要作进一步的改进， 如美国推出的JTRS(战术合作无线系统)的意向合同，其 目的就是能实现基于软件无线电技术的可以互操作、互 工作的系统。
整理人：吴玉成
主要内容
一、软件无线电技术概述 二、软件无线电的关键和难点 三、软件无线电研究 四、软件无线电的应用 五、第三代移动通信中的软件无线电技术
一、 软件无线电技术概述
改变未来世界之技术 软件无线电的由来、发展及研究机构
软件无线电的基本概念
软件无线电主要特点 软件无线电优势
改变未来世界之技术
无线漫游的革命
• 无线通信领域是一个标准混乱的世界。手机通信、无线局 域网、军用无线通信、以及公共安全无线网络各自在特定 的频段工作，这一工作频率是相关硬件在工厂生产时就已 经设定的。所以美国的CDMA手机在欧洲不能用，而欧洲 的许多GSM手机在日本也没法用。
• 用软件替代相关硬件，从而能够与不同标准、不同工作频 段的无线通信网络兼容。这种技术称为软件无线电 (softwareradio)。
• 军事应用中，软件无线电技术将使海陆空各级指挥官和士 兵能够在激烈战斗的时候保持无线通信。
• 软件无线电技术进入消费市场还要再过一段时间。不过几 年之内，你就可以买一个能够在各种不同标准无线通信网 络工作的手机，从此无线漫游再无障碍。
• 软件无线电技术的崛起走的是从军用到民用的老路。无线 通信中CDMA(码分多址)本来是军用卫星通信技术，后来 用到民用移动通信，并因此出现了高通这样的企业。所以 就是在今天，军用领域的需求仍然是推动技术发展的动力。
软件无线电的由来
软件无线电最初是在军事通信中提出的，软件无线电作 为军用技术已有30年以上的历史，但是由于不同部队用 于不同目的的无线电台在工作频段、调制方式上存在差 异而无法互通。如果需要互通，就需要作进一步的改进， 如美国推出的JTRS(战术合作无线系统)的意向合同，其 目的就是能实现基于软件无线电技术的可以互操作、互 工作的系统。
软件无线电技术ppt
技术文挡及使用说明书编写
2014.01— 论文定稿， 准备答辩
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
LOGO
开发过程中可能会遇到的问题
设计GMSK载误波码的频率率升、相高位提取模块， 通位过和粗频调 率算，法然无粗后略通法的过跟细解踪调调原算发法射，载尽波量的精相确
的修正本地产生的载波相位，尽量降低本 地载波与原发射载波的相位与频率误差
研究进度计划
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
2013.01—2013.01
应用-电子战-电子干扰
目前的电子干扰系统往往都是在已知或者在事先假 设的几种信号样式下进行工作的，一旦目标信号特 征或通信方式发生变化，该系统就无能为力
跟踪跳频信号
软件化干扰发射机在一个通用扩展的硬件平台上， 采用软件实现各种干扰样式的形成以及干扰信号的 整个产生过程。开发式的硬件平台只涉及发射信号 的载频(外部)特征，发射信号的内部特征完全由不 同的软件来定义。载频特征一般来讲是相对固定的 ，而由软件定义的内部特征(干扰样式)可以升级换 代，以适应目标信号特征的千变万化。
▪ 工作的频段不同
▪ 调制方式不同
▪ 通信协议不同
▪ 数字信息的编码方式
▪ 加密方式不同等
SpeakEasy
应用-军事通信
❖ 联合战术无线电系统(JTRS)—波音、雷神MSRC
(1) 从波形有限的终端到多频段多模式多信道、可网络互联 的电台 (2)工作频谱为2~2000MHz可传输话音、数据和图象 (3)协同工作，并可与现有电台互连互通 (4)具有开放的体系结构 (5)硬件/软件模块化，便于
灵活性： 通过增加软件模块，实现新的功能，更新成本低
2014.01— 论文定稿， 准备答辩
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
LOGO
开发过程中可能会遇到的问题
设计GMSK载误波码的频率率升、相高位提取模块， 通位过和粗频调 率算，法然无粗后略通法的过跟细解踪调调原算发法射，载尽波量的精相确
的修正本地产生的载波相位，尽量降低本 地载波与原发射载波的相位与频率误差
研究进度计划
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
2013.01—2013.01
应用-电子战-电子干扰
目前的电子干扰系统往往都是在已知或者在事先假 设的几种信号样式下进行工作的，一旦目标信号特 征或通信方式发生变化，该系统就无能为力
跟踪跳频信号
软件化干扰发射机在一个通用扩展的硬件平台上， 采用软件实现各种干扰样式的形成以及干扰信号的 整个产生过程。开发式的硬件平台只涉及发射信号 的载频(外部)特征，发射信号的内部特征完全由不 同的软件来定义。载频特征一般来讲是相对固定的 ，而由软件定义的内部特征(干扰样式)可以升级换 代，以适应目标信号特征的千变万化。
▪ 工作的频段不同
▪ 调制方式不同
▪ 通信协议不同
▪ 数字信息的编码方式
▪ 加密方式不同等
SpeakEasy
应用-军事通信
❖ 联合战术无线电系统(JTRS)—波音、雷神MSRC
(1) 从波形有限的终端到多频段多模式多信道、可网络互联 的电台 (2)工作频谱为2~2000MHz可传输话音、数据和图象 (3)协同工作，并可与现有电台互连互通 (4)具有开放的体系结构 (5)硬件/软件模块化，便于
灵活性： 通过增加软件模块，实现新的功能，更新成本低
《软件无线电技术》PPT课件
3.2 软件无线电结构数学分析化
•数学分析的必要性
1. 要掌握一个软件模块的数据吞吐量、响应时间及其他 参数，对存储器、缓存空间和可处理资源进行量化，要 求数学分析。 2. 当重用自己软件库（或第三方）的软件时，会引起系 统性能下降，甚至崩溃，要用数学模型来刻画快速涌现 的技术。 3. 用拓扑结构特性研究SDR结构，可提高即插即用结构 的应用和资源的有效重用。
•美国
•SPEAKeasy：研制多频段、多模式电台(MBMMR)，已 完成两个阶段(Ⅰ、Ⅱ) •MMITS论坛(后更名为SDRF论坛) •PMCS(Programmable Modular Communication System)
研究基于SDR技术的3G系统的多频段多模式手机与基 站。
•中国
提出了3G标准TD-SCDMA，SDR技术是其关键技术之一。
1.6主要研究机构及其应用进展
1.1 软件无线电的基本思想
•由来
•基本思想:在尽可能靠近天线的地方使 用宽带A/D和D/A变换，并且尽可能多地 用软件来定义无线功能 •软件无线电台=高速计算机+天线 •无线电通信的一次革命 •模拟无线电（1G）
•数字无线电（2G） •软件无线电（3G）
所有的无线通信系统均可基于一种通用 可编程硬件平台，工作频段、编解码方式、 调制解调方式、加密解密算法、多址方式等 均可编程，通过注入不同的软件，形成不同 标准的软件无线电终端或基站。这样的无线 电台既可以与现有的其他无线电台进行通信， 还能在不同的无线电系统之间起到“无线电 网关”的作用，保证各种无线通信业务的无 缝集成。
• FIRST(Flexible Integrated Radio Systems Technology) 计划用SDR技术设计多频/多模可编程手机
第三章软件无线电的结构--电子科技大学(经典)知识讲解
功
窄带电调
“0”内插上
放
滤波器
变频
A/D
fS / fSm
DSP 软件
D/A
本结构说明
本结构采用了射频直接带通采样原理。
这种带通采样除了需要一个主采样频率fs外，还需
要M个“盲区”采样频率fsm(m= 0,1,2…M-1)，M
值由下式确定：M INT[2 fmax ] 式中，INT[x]表示取大于f等s 于x的最小整数。
态、多位数的A/D/A时，显然目前的器件水平 无法实现。 （2）前端超宽的接收模式会对整个结构的动态范 围有很高的要求，工程实现极为困难。 所以这种结构只实用于工作带宽不太宽的场合。
例：短波HF频段低通采样软件无线电结构
双工器
滤波器
放大器
A/D
0.1MHz~30MHz
fs:75M H z~90M H z
优点：与射频全宽开低通采样结构相比最大的不 同就是采用的前置滤波器的差异；另外还有A/D 的采样速率不同；最后就是对DSP的处理速度要 求不同。实现可行性较强。
缺点：前置窄带电调滤波器和高工作带宽的 A/D（高性能采样保持放大器）实现起来还是 有相当的难度。另外，本结构需要多个采样频 率，增加了系统实现复杂度。
“盲区”采样数字谱与“盲区”频带信号谱的 对应关系取决于前置跟踪滤波器所处的位置，当 其位于偶数(m=0,2,4,6,…)“盲区”时，其对 应关系为：XD XA ,XD XA
软件无线电可分为三大组成部分：
射频处 理前端
A/D D/A
数字处 理软件
3.1 软件无线电的三种结构形式
基于采样方式的不同，软件无线电的组 成结构可以分成以下3种：
1）射频全宽带低通采样软件无线电结构 2）射频直接带通采样软件无线电结构 3）宽带中频带通采样软件无线电结构
《软件无线电的结构》课件
3
系统控制
负责软件无线电系统的整体控制和调度，如频率选择、功率控制和通信协议等。
软件无线电的功大和去噪等 预处理操作，以提高 信号的质量。
调制解调模块
负责将数字信号映射 到无线电频谱中，并 在接收端将接收到的 信号解调回数字形式。
信息处理模块
对解调后的数字信号 进行进一步处理，如 解码、纠错、解密和 压缩等操作。
广播电视
软件无线电在广播电视领域中发挥重要作用， 支持数字电视、无线电广播和流媒体传输等。
科学研究
软件无线电技术被广泛应用于科学研究领域， 如天文学、地球科学和无线传感器网络等。
总结
软件无线电的优点
灵活可配置、易于升级、适应性 强、成本低廉、功能丰富。
软件无线电的发展趋势
集成度提高、性能优化、能耗降 低、智能化发展、通信与计算融 合。
软件无线电的应用前景
广泛应用于物联网、智能交通、 智能城市、工业自动化等领域， 为人们生活带来更多便利。
什么是软件无线电？
软件无线电是一种利用软件定义硬件的无线电通信技术。它将传统硬件电路中的功能分散在软件中实现，通过 灵活的软件配置和处理能力，实现多种通信功能。
软件无线电的基本结构
1
模拟前端
负责信号的模数转换、滤波、放大和采样等任务。
2
数字信号处理
对模数转换的数据进行数字信号处理，包括解调、编码、纠错和调制等。
射频模块
负责频率转换、功率 放大和天线匹配等任 务，将数字信号转换 为电磁波进行无线传 输。
软件无线电的应用领域
军事通讯
软件无线电在军事领域中发 挥重要作用，支持军队指挥、 通信保密和侦查等任务。
航空航天电子
软件无线电技术在航空航天 领域中应用广泛，支持飞行 器导航、通信和成像等任务。
软件无线电技术.正式版PPT文档
构造一个具有开放性、标准化、模块化的通 用硬件平台，将各种功能，如工作频段、调制解 调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软 件来完成，并使A/D和D/A转换器尽可能靠近天 线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代 无线通信系统。
❖ 目前，采用开放式系统体系结构（OSA），一种 非专利、层次化的体系结构，每个层次公开且有 明确定义的接口和标准
（6）开放性
3、已开发和正在开发的软件无线电系统
（1）SPEAKeasy
（2）JTRS（联合战术无线电系统） 目标： 支持的工作频率范围最初为：2MHz-2GHz； 可以通过波形软件进行重构； 支持话音、视频和数据的应用； 在软件和硬件方面都可扩展； 利用商业现货组件； 能够与不同的波形、传统的装备以及为不同环境而设 计的无线电系统进行互操作。 应用环境：机载、固定/舰载、车载、背负、手持
软件无线电技术
§7.1 软件无线电概述
1、软件无线电的由来
无线通信被广泛应用于商业、气象、军事、民用等领 域。军方：大量不兼容的协议降低了联合作战的能力。 （固定、机载、车载、背负。。。不同公司的产品）
❖ “沙漠风暴”行动和格林纳冲突，美军各种通信设备的不 兼容性暴露无疑，不得不借助许多额外的无线电台，才能 保障高效的通信联络。
（6）CHARIOT(适于互操作通信的可变高级无线电系统)
弗吉尼亚工学院开发， 国防高级研究计划局的全球 移动信息系统计划的一部分，集中发展3个前沿技术： 自适应天线阵、多用户基站和自适应移动接收机。通过 创建形式化的结构，在运行环境中使用可重构的硬件实 现软件无线电系统，采用3种先进思想：自定义计算是一个无线电系统系列，共享通用的SCA（软 件通信体系结构），SCA强调开放式系统体系结构和 广泛使用的面向对象的方法。
❖ 目前，采用开放式系统体系结构（OSA），一种 非专利、层次化的体系结构，每个层次公开且有 明确定义的接口和标准
（6）开放性
3、已开发和正在开发的软件无线电系统
（1）SPEAKeasy
（2）JTRS（联合战术无线电系统） 目标： 支持的工作频率范围最初为：2MHz-2GHz； 可以通过波形软件进行重构； 支持话音、视频和数据的应用； 在软件和硬件方面都可扩展； 利用商业现货组件； 能够与不同的波形、传统的装备以及为不同环境而设 计的无线电系统进行互操作。 应用环境：机载、固定/舰载、车载、背负、手持
软件无线电技术
§7.1 软件无线电概述
1、软件无线电的由来
无线通信被广泛应用于商业、气象、军事、民用等领 域。军方：大量不兼容的协议降低了联合作战的能力。 （固定、机载、车载、背负。。。不同公司的产品）
❖ “沙漠风暴”行动和格林纳冲突，美军各种通信设备的不 兼容性暴露无疑，不得不借助许多额外的无线电台，才能 保障高效的通信联络。
（6）CHARIOT(适于互操作通信的可变高级无线电系统)
弗吉尼亚工学院开发， 国防高级研究计划局的全球 移动信息系统计划的一部分，集中发展3个前沿技术： 自适应天线阵、多用户基站和自适应移动接收机。通过 创建形式化的结构，在运行环境中使用可重构的硬件实 现软件无线电系统，采用3种先进思想：自定义计算是一个无线电系统系列，共享通用的SCA（软 件通信体系结构），SCA强调开放式系统体系结构和 广泛使用的面向对象的方法。
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优点：与射频全宽开低通采样结构相比最大的不 同就是采用的前置滤波器的差异；另外还有A/D 的采样速率不同；最后就是对DSP的处理速度要 求不同。实现可行性较强。
缺点：前置窄带电调滤波器和高工作带宽的 A/D（高性能采样保持放大器）实现起来还是 有相当的难度。另外，本结构需要多个采样频 率，增加了系统实现复杂度。
态、多位数的A/D/A时，显然目前的器件水平 无法实现。 （2）前端超宽的接收模式会对整个结构的动态范 围有很高的要求，工程实现极为困难。 所以这种结构只实用于工作带宽不太宽的场合。
例：短波HF频段低通采样软件无线电结构
双工器
滤波器
放大器
A/D
0.1MHz~30MHz
fs:75M H z~90M H z
射频直接带通采样技术
为消除因前置跟踪滤波器和不理想而产生的 采样“盲区”，需要多个采样频率，其中包括一 个主采样频率 fS和M个“盲区”采样频率 fSm。 主采样时的数字谱和射频信号谱分别如下二图。
X D( f )
B0
X
D
X
D
fS / 4
图1
f fs / 2
X A ( f ) 跟踪滤
B0
图2
组成结构如图所示：
超宽带 滤波器
双工器 fmin ~ fmax
超宽带 放大器
分波段 滤波器
超宽带功 率放大器
超高速超 宽带A/D
fs 2fmax
超高速超 宽带D/A
超高 速
DSP 软件
这种结构的优缺点
优点：对射频信号直接采样，符合软件无线电 概念的定义。
缺点： （1）需要的采样频率太高，特别还要求采用大动
波器
X
A
X
A
f
f f c e n t
0
f cent
这时数字谱与模拟信号谱的对应关系主要取决 于前置跟踪滤波器所处的位置，当跟踪滤波器
（其中心频率设为 fcent）位于偶数频段，满足：
[(2 n 1 )f 4 S B 2 0 ] fc e n t [(2 n 1 )f 4 S B 2 0 ]
射频直接带通采样还存在“盲区”采样频带。
第3章 软件无线电数学模型
软件无线电的基本结构 常见的几种软件无线电接收机数学模型 常见的几种软件无线电发射机数学模型
3.1 软件无线电的三种结构形式
软件无线电的宗旨：
（1）尽可能地简化射频模拟前端，使A/D转换 尽量靠近天线，数字化后的信号尽量多用软 件处理。
（2）硬件平台应具有开放性、通用性，软件应 具有可升级性，可替换性。
号模拟频谱 ： X D
XA
X D( f )
图1
B0
X
D
X
D
fS / 4
f fs / 2
X D( f )
B0
图2
X
A
f0 fS / 4
X
A
f0
f
f0 fs / 4
当上式中n为偶数时，数字谱和模拟谱的对应 关系为 XD XA ,XD XA ；当n为奇数时对应关 系 XD XA ,XD XA 。所以，无论 n 取确定的何 值，带通采样的数字谱与原始模拟带通信号谱也 是一一对应，只是根据不同的中频选取不同的数 字模拟对应关系而已。
本结构使前端电路设计得以简化，信号经过接 收通道后的失真也小，而且通过后续的数字化 处理，本结构具有更好的波形适应，信号带宽 适应性以及可扩展性。
本结构的射频前端比较复杂，它的功能是将射 频信号转换为适合于A/D采样的宽带中频或把 D/A输出的宽带中频信号变换为射频信号。
3.1.4 三种软件无线电结构的等效数字谱
低通采样的软件无线电结构的数字谱：
X D( f )
B f
f m in
fm ax
fs / 2
图中的频率全部用模拟频率来表示的，且仅画了 正半频率。
宽带中频带通采样的数字谱：
由带通采样定理，采样速率 与f 中S 频 满足f 0 条件：
其AD采样数f0 字谱(2n如下1)图f41S所示，图2为中频信
因此，我们将介绍下面一种软件无线电结构－－ 宽带中频带通采样软件无线电结构。
3.1.3 宽带中频带通采样软件无线电结构
组成结构如图所示：
分波段
高
滤波器
放
一中 放
f0 ＝(2n+1)fs/4
二中 放
A/D
双工 器
DSP
一本
一本
fs
振
振
(软
件)
功
放
放
滤
D/A
放
大
大
波
本结构说明
本结构类似于超外差无线电台，但常规电台的 中频带宽为窄带结构，而本结构为宽带中频结 构。
软件无线电可分为三大组成部分：
射频处 理前端
A/构形式
基于采样方式的不同，软件无线电的组 成结构可以分成以下3种：
1）射频全宽带低通采样软件无线电结构 2）射频直接带通采样软件无线电结构 3）宽带中频带通采样软件无线电结构
3.1.1 射频全带宽低通采样软件无线电结构
“盲区”采样数字谱与“盲区”频带信号谱的 对应关系取决于前置跟踪滤波器所处的位置，当 其位于偶数(m=0,2,4,6,…)“盲区”时，其对 应关系为：XD XA ,XD XA
DSP 软件
滤波器
功放
D/A
对于工作频段处于0.1MHz到30MHz范围的HF 就可能采用上述结构，因为采样频率在
100MHz左右精度为14位的AD已基本能满足要 求。
3.1.2 射频直接带通采样软件无线电结构
组成结构如图所示：
双工器
窄带电调滤 波器
放大器
f0＝(2n+1)fS / 4 f0m＝(2m+3)fSm / 4
“盲区”频带的中心频率 f0m由下式定：
f0m
m 1 2
fS
式中，fS 为主采样频率，m为“盲区”频带号(m =
0,1,… M-1)，其数字谱和射频信号谱如下图所示
X D( f )
B0
X A ( f ) 跟踪滤 波器
B0
图2
X
A
X
A
f
图1
f cent
f0
f cent
X
D
X
D
fSm / 4
f
f sm / 2
功
窄带电调
“0”内插上
放
滤波器
变频
A/D
fS / fSm
DSP 软件
D/A
本结构说明
本结构采用了射频直接带通采样原理。
这种带通采样除了需要一个主采样频率fs外，还需
要M个“盲区”采样频率fsm(m= 0,1,2…M-1)，M
值由下式确定：M INT[2 fmax ] 式中，INT[x]表示取大于f等s 于x的最小整数。
盲区采样频率为：
fSm
2m 2 2m3
fs，式中，m
=
0,
1,2,…,M-1对应盲区号。
主采样频率fs的确定主要取决于A/D器件的性能； 另外，还要考虑与后续DSP的处理速度相匹配。 为减少盲区采样频率的数量，在最高工作频率 fmax一定的情况下， fs应尽量选高。
本结构对A/D器件的要求是A/D需有足够高的工 作带宽。
缺点：前置窄带电调滤波器和高工作带宽的 A/D（高性能采样保持放大器）实现起来还是 有相当的难度。另外，本结构需要多个采样频 率，增加了系统实现复杂度。
态、多位数的A/D/A时，显然目前的器件水平 无法实现。 （2）前端超宽的接收模式会对整个结构的动态范 围有很高的要求，工程实现极为困难。 所以这种结构只实用于工作带宽不太宽的场合。
例：短波HF频段低通采样软件无线电结构
双工器
滤波器
放大器
A/D
0.1MHz~30MHz
fs:75M H z~90M H z
射频直接带通采样技术
为消除因前置跟踪滤波器和不理想而产生的 采样“盲区”，需要多个采样频率，其中包括一 个主采样频率 fS和M个“盲区”采样频率 fSm。 主采样时的数字谱和射频信号谱分别如下二图。
X D( f )
B0
X
D
X
D
fS / 4
图1
f fs / 2
X A ( f ) 跟踪滤
B0
图2
组成结构如图所示：
超宽带 滤波器
双工器 fmin ~ fmax
超宽带 放大器
分波段 滤波器
超宽带功 率放大器
超高速超 宽带A/D
fs 2fmax
超高速超 宽带D/A
超高 速
DSP 软件
这种结构的优缺点
优点：对射频信号直接采样，符合软件无线电 概念的定义。
缺点： （1）需要的采样频率太高，特别还要求采用大动
波器
X
A
X
A
f
f f c e n t
0
f cent
这时数字谱与模拟信号谱的对应关系主要取决 于前置跟踪滤波器所处的位置，当跟踪滤波器
（其中心频率设为 fcent）位于偶数频段，满足：
[(2 n 1 )f 4 S B 2 0 ] fc e n t [(2 n 1 )f 4 S B 2 0 ]
射频直接带通采样还存在“盲区”采样频带。
第3章 软件无线电数学模型
软件无线电的基本结构 常见的几种软件无线电接收机数学模型 常见的几种软件无线电发射机数学模型
3.1 软件无线电的三种结构形式
软件无线电的宗旨：
（1）尽可能地简化射频模拟前端，使A/D转换 尽量靠近天线，数字化后的信号尽量多用软 件处理。
（2）硬件平台应具有开放性、通用性，软件应 具有可升级性，可替换性。
号模拟频谱 ： X D
XA
X D( f )
图1
B0
X
D
X
D
fS / 4
f fs / 2
X D( f )
B0
图2
X
A
f0 fS / 4
X
A
f0
f
f0 fs / 4
当上式中n为偶数时，数字谱和模拟谱的对应 关系为 XD XA ,XD XA ；当n为奇数时对应关 系 XD XA ,XD XA 。所以，无论 n 取确定的何 值，带通采样的数字谱与原始模拟带通信号谱也 是一一对应，只是根据不同的中频选取不同的数 字模拟对应关系而已。
本结构使前端电路设计得以简化，信号经过接 收通道后的失真也小，而且通过后续的数字化 处理，本结构具有更好的波形适应，信号带宽 适应性以及可扩展性。
本结构的射频前端比较复杂，它的功能是将射 频信号转换为适合于A/D采样的宽带中频或把 D/A输出的宽带中频信号变换为射频信号。
3.1.4 三种软件无线电结构的等效数字谱
低通采样的软件无线电结构的数字谱：
X D( f )
B f
f m in
fm ax
fs / 2
图中的频率全部用模拟频率来表示的，且仅画了 正半频率。
宽带中频带通采样的数字谱：
由带通采样定理，采样速率 与f 中S 频 满足f 0 条件：
其AD采样数f0 字谱(2n如下1)图f41S所示，图2为中频信
因此，我们将介绍下面一种软件无线电结构－－ 宽带中频带通采样软件无线电结构。
3.1.3 宽带中频带通采样软件无线电结构
组成结构如图所示：
分波段
高
滤波器
放
一中 放
f0 ＝(2n+1)fs/4
二中 放
A/D
双工 器
DSP
一本
一本
fs
振
振
(软
件)
功
放
放
滤
D/A
放
大
大
波
本结构说明
本结构类似于超外差无线电台，但常规电台的 中频带宽为窄带结构，而本结构为宽带中频结 构。
软件无线电可分为三大组成部分：
射频处 理前端
A/构形式
基于采样方式的不同，软件无线电的组 成结构可以分成以下3种：
1）射频全宽带低通采样软件无线电结构 2）射频直接带通采样软件无线电结构 3）宽带中频带通采样软件无线电结构
3.1.1 射频全带宽低通采样软件无线电结构
“盲区”采样数字谱与“盲区”频带信号谱的 对应关系取决于前置跟踪滤波器所处的位置，当 其位于偶数(m=0,2,4,6,…)“盲区”时，其对 应关系为：XD XA ,XD XA
DSP 软件
滤波器
功放
D/A
对于工作频段处于0.1MHz到30MHz范围的HF 就可能采用上述结构，因为采样频率在
100MHz左右精度为14位的AD已基本能满足要 求。
3.1.2 射频直接带通采样软件无线电结构
组成结构如图所示：
双工器
窄带电调滤 波器
放大器
f0＝(2n+1)fS / 4 f0m＝(2m+3)fSm / 4
“盲区”频带的中心频率 f0m由下式定：
f0m
m 1 2
fS
式中，fS 为主采样频率，m为“盲区”频带号(m =
0,1,… M-1)，其数字谱和射频信号谱如下图所示
X D( f )
B0
X A ( f ) 跟踪滤 波器
B0
图2
X
A
X
A
f
图1
f cent
f0
f cent
X
D
X
D
fSm / 4
f
f sm / 2
功
窄带电调
“0”内插上
放
滤波器
变频
A/D
fS / fSm
DSP 软件
D/A
本结构说明
本结构采用了射频直接带通采样原理。
这种带通采样除了需要一个主采样频率fs外，还需
要M个“盲区”采样频率fsm(m= 0,1,2…M-1)，M
值由下式确定：M INT[2 fmax ] 式中，INT[x]表示取大于f等s 于x的最小整数。
盲区采样频率为：
fSm
2m 2 2m3
fs，式中，m
=
0,
1,2,…,M-1对应盲区号。
主采样频率fs的确定主要取决于A/D器件的性能； 另外，还要考虑与后续DSP的处理速度相匹配。 为减少盲区采样频率的数量，在最高工作频率 fmax一定的情况下， fs应尽量选高。
本结构对A/D器件的要求是A/D需有足够高的工 作带宽。