重庆大学-软件无线电知识点综合

1.软件无线电背景传统基于硬件的通信系统已不能适应现代社会需求，现代通信系统向软件化、智能化、网络化方向发展解决的问题：互联互通、标准化、通信设备硬件统一，功能用软件实现。

效果：很强的灵活性、较强的开放性。

目的：使通信系统摆脱硬件系统结构的束缚。

在系统结构相对通用和稳定的情况下通过软件实现各种功能，是的系统的改进和升级方便，不同系统间相互兼容。

基本思想：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（工作频段。

调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等）用软件来实现。

并使A/D 、D/A 转换器尽可能靠近天线，研制出具有高度灵活性开放性的新一代无线通信系统。

2. 软件无线电接收机与全数字接收机联系：软件无线电视在全数字接收机基础上发展而来，将数字化从接收机推广到发射机，信号处理部分包括调制解调、上下变频和滤波等全部构建在硬件平台上用软件来实现。

区别：软件无线电将A/D 和D/A 向RF 端靠近，由基带移到中频，对整个系统频带进行采样；用高速的DSP/CPU 代替传统的专用数字电路与低速DSP/CPU 做A/D 后的一系列处理；软件无线电更多侧重于射频信号的直接处理，所面对是一个包含多个射频信道的信号，或是不同模式和体制的传输信号，通过一个统一的硬件平台和不同的软件程序来进行接受和处理。

全数字接收机主要是中频之后的信号处理，面对的通常是一路独立信号，主要在于恢复最终调制信息跟多关注通信最佳接收机理论的全数字化。

软件无线电的一个重要思想就是要实现宽带多模式接收机。

3. 过采样：L 倍过采样即 ,使两种采样保持相同的噪声功率谱密度，有 结论： 1.将采样率提高L 倍，若保持同样的量化噪声谱密度，比特数可减少 ；2.若标称比特数保持不变， ，将采样率提高L 倍，则有效比特数将提高意义：当采用过采样时，量化噪声被分散到更宽的频带 ， 量化噪声功率谱密度降低L 倍，在的Nyquist 带宽内的有效量化噪声功率也降低L 倍。

4.射频全带宽低通采样软件无线电结构优点：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。

射频直接带通采样软件无线电结构射频带通采样结构的软件无线电可以较好地解决上述射频低通采样软件无线电结构对A/D 转换器、高速DSP 等要求过高，以致无法实现的问题。

优点：与射频全宽带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。

宽带中频带通采样软件无线电结构采用了多次混频体制或叫超外差体制，特点是中频带宽更宽（比如20MHz ），所有调制解调等功能全部由软件加以实现。

中频带宽更宽是这种软件无线电与普通超外差中频数字化接收机的本质区别。

5.DDC 基本任务：通过滤波，抽取和内插实现数字速率的下降。

基本功能：从输入的宽带高数据流的数字信号中提取所需的窄带信号，滤除带外噪声，将其下变频为数字基带信号，并转换成较低的数据流。

根据多抽样率数字信号处理的理论，这种转换条件是需要一个高性能的数字抽取滤波器。

直接变换结构（“零中频”接收机，DCR ）优点：没有镜频问题，不需要固定频率的镜频抑制滤波器，而且可以利用LSI 技术实现可变带宽的抗混迭低通有源滤波器。

缺点：双路器件的不一致性将在零频附近引起潜在地镜频响应，另外大信号可能在下变混频器的DC 处引起二阶非线性失真，因此须采用系统级的补偿。

6.半带滤波器 分别为归一化通带阻带频率， 、 分别为通带、阻带纹波，满足 。

根据滤波器等纹波最优化设计方法，则 即滤波器频率响应关于 对称且 ，这种滤波器称为半带滤波器。

理想冲激响应为：(1)半带滤波器的冲激响应 除了零点不为零外，在其余偶数点全为零，所以用半带滤波器实现取样率变换，只需一半的计算量。

(2)半带滤波器的频率响应关于 对称，当信号的采样频率降低一倍时，过渡带中有混迭，但保护了通带不受混迭。

所以可以用半带滤波器进行2倍抽取。

7. CIC 滤波器：式中D 为CIC 滤波器的阶数（同时也是抽取因子）。

高阶CIC 实现旁瓣抑制 ：频率响应为 第一旁瓣电平：A1=2D/3π，它与主瓣电平的差值为 ，较大，一般不满足实用要求。

可用多级CIC 级联。

如Q 级级联，旁瓣抑制比为 ， Q 级CIC 滤波器Q 级CIC 滤波器的频率响应为 可见，CIC 抽取滤波器有一个处理增益D Q,而且随着Q 的增加和抽取因子的增大，处理增益也增大，所以在用软件或硬件实现CIC 滤波器时每一级必须保持足够的运算精度，否则可能引起溢出错误和运算精度下降。

它结构简单，处理速度高，不需要进行乘法运算，可对高速数据流进行低通滤波和抽取因子不是2的幂次倍的抽取处理。

8. 整数倍抽取是指把原始采样序列x(n) 每隔 (D-1) 个数据取一个，以形成一个新序列xD(m)，即：xD(m) = x(mD)式中，D 为正整数。

抽取序列的频谱为抽取前后原始序列之频谱经频移和 D 倍展宽后的 D 个频谱的叠加和，因此可能存在混迭。

如果首先采用一数字滤波器对 进行滤波，使 中只含有小于 pi/D 的频率分量，再进行D 倍抽取，则抽取后的频谱就不会发生混叠。

9. 整数倍内插就是指在两个原始采样点之间插入（I －1）个零值，若设原始抽样序列为x(n)，则内插后的序列 x I (m)为内插后的信号频谱相当于原始信号经过I倍压缩后得到的谱。

并且在未经滤波前，频谱除了含有基带分量外，还含有原始信号的高频成分。

因此，为了能恢复原始信号，内插后通常要进行低通滤波。

10. 什么时候需要载波频偏估计：如果多普勒频移和振荡器的不稳定因素使得通信系统的收发载波存在较大的频偏时，相位迅速变化，不能保证在M 个符号间隔内相位近似为定值，此时必须首先进行频率估计与跟踪。

传统的模拟或数字接收机一般采用频率跟踪环来调整收端本地载波频率，即通过平衡正交相关器或双滤波器频偏检测器，检测器输出电压的符号反映载波频偏的正负，其绝对值反映频偏的存在与否，但不能反映频偏的确切大小。

只能用作反馈信号控制VCO 的频率。

在软件无线电中，倾向于用无反馈环和VCO 的方法，本地载波振荡器独立振荡，不受控制，采用直接计算方式估计和消除载波频偏，此时需要精确估计载波频偏绝对量。

2ϖπ=()h k L 2log 5.0N N ='L 2log 5.0)2,2(s s f f ''-)2,2(s s f f -L N N 2log 5.0-='s s f f L '=s p p s ϖπϖδδδ=-==()()1()j j H e H e ϖπϖ-=-2ϖπ=2()0.5j H e π=10sin(2)()02,4,2k k h k k k ππ=⎧==⎨=±±⎩p ϖs ϖp δs δ1211()()()1Dz H z H z H z z ---==⋅-111()1H z z -=-2()1H z z =-()()()22j Q Q Q Q DH eD Sa Sa ϖϖϖ-=⋅⋅()()()22j D H e D Sa Sa ϖϖϖ=⋅⋅101()0n D h n others ≤≤-⎧=⎨⎩dB Q s 46.13⨯=α)(ωj e X )(ωj e X ⎪⎩⎪⎨⎧±±==其他 ,020( ,)(I......)I,,m )I m x(m x I11.最大似然估计：在载波相位估计和信道延时估计（符号定时估计）中都用到了最大似然估计法。

最大似然估计本身并不需要构建一个环路来调整VCO相位，适合于全数字化和软化实现。

存在两种实现方法：锁相环法和直接估计判决法。

12. 直接计算估计法(GARDNER)：假设每个符号间隔采样两个样本，一个样本对应数据判决选通时刻，另一个样本对应连接两个选通时刻的中间。

前者的同相、正交分量为I（k）、Q（k），后者的同相、正交分量为I（k-1/2）、Q（k-1/2）。

用Ur（k）代表定时误差，其估计算法为：设下变频后的低通复信号为，则，可得可看出该估计算法与载波相位无关，可以先于载波相位估计进行定时估计。

13.OFDM技术是一种多载波传输技术，将可用频谱分成多个子载波，每个子载波用一路低速数据进行调制。

符号间干扰 (ISI) ：同一子信道在连续的时间间隔为T的FFT帧之间的串扰；载波间干扰：同一FFT帧内相邻子信道或频带间的串扰为抑制ISI的影响，引入保护间隔，保护间隔内不传输数据，但随之出现了ICI问题。

为抑制ICI，OFDM符号在保护间隔的构造上采用循环扩展的方式。

这样OFDM符号在一个FFT处理间隔内有整数个周期，使子载波保持正交性，这样，只要时延小于保护间隔在解调过程中就不会产生ICI和ISI。

插0不行，会产生ICI，子载波间的正交性遭到破坏。

保护间隔和循环前缀的优点：能有效对抗时延扩展；能对抗频率选择性衰落；均衡简单；频带利用率高。

缺点：同步问题；发射机、接收机需要FFT处理，复杂度较高；对载波频率偏差敏感，造成ICI；峰平比PAPR高，使AD、DA变换的复杂度大大提高，降低了射频功率放大器的效率。

（峰平比高解决方法： 1.信号畸变技术采用非线性变换降低峰值附近幅度 2.编码技术采用特殊设计的前向纠错码3.扰码技术对OFDM符号采用不同序列进行加扰处理以得到较小的峰平比）OFDM 系统在AWGN信道上的性能：OFDM子载波的调制与传统的串行通信调制类似.子载波的调制方案通常采用QAM或MPSK方式，接收端采用相干或非相干检测.时域信道中引入的加性高斯白噪声与频域信道中引入的加性高斯白噪声平均功率相同（根据帕塞瓦尔定理）。

而OFDM系统在AWGN中的性能与串行系统一致。

与串行通信一样，误码率与信噪比的关系决定于所采用的调制调制解调方案。

OFDM系统的误码性能与传统串行系统在AWGN中的误码性能保持一致.“零中频”接收机)]1()()[21()]1()()[21()(---+---=kQkQkQkIkIkIkUrφjekjbkakr)]()([)(+=φφsin)(cos)()(kbkakI-=φφcos)(sin)()(kbkakQ+=)]1()()[()]1()()[()(2121---+---=kbkbkbkakakakUr软件无线电结构射频全带宽低通采样软件无线电结构射频直接带通采样软件无线电结构宽带中频带通采样软件无线电结构带通信号的实抽取结构（去掉抽取就是频谱搬移）发送滤波器对信号的频带和波形进行限制。