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
3.1.1 射频全带宽低通采样软件无线电结构
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。
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
“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
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
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。
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
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。
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Leabharlann 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。
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
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
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。