软件无线电接收机

-B
B
这种方法降低了A/D转换器的采样率，但对 A/D转换器的工作带宽要求很高。
1.3 宽带中频带通采样软件无线电结构
分波段 滤波器 高放 混频 中放
A/D
DSP
2n + 1 f0 = fs 4
下变频到中频（宽带中频）后采样，对A/D 转换器的采样速率和工作带宽都降低了要求。
B
下变频后 A/D
B
f s = 2B
(2) 抽取的实现 低通滤波器 (a) 多相滤波结构 D很大时，多相滤波结构实现仍然困难。 (b) 多级抽取结构 CIC
D1
D
HBF
D2
FIR
D3 D = D1 D2 D3
例子
B
B0
…
f0 Δf c
f
f s = 80 MHz
B0 = 40kHz
Δf c = 80kHz
低通滤波 器：
f p = B0 / 2 = 20kHz f A = Δf c / 2 = 40kHz
sin(ω 0 n)
.
0 .
.
..... ..... -1
0 .
注意：当对基带信号进行脉冲成形时， 补零内插后还需加入成形滤波器。
第二个问题的解决方法： 方法I: 模拟上变频。 方法II:
cos(ω 0 n)
I (n)
带通滤波
基带 正交 信号 产生
I ′(m )
Q′(m )
I1
Q(n)
s(n)
I2
A/D
fs
DSP
f 0 = ( 2n + 1) f s / 4
Δf 0 = f s / 2
分析带宽：B = fs/2 Xi ( f ) X1 ( f ) X2 ( f ) X3 ( f )
…
-3B -2B -B 0
…
f 01
B
f 02
2B
3B
f
对 0 ~ 2GHz的整个频段分段滤波后以fs=2B 进行带通采样，每个频带都被移到0~B的频段 上。
s( n) = a ( n) cos[ω 0 n + θ ( n)]
其中 ω 0 = 2πf 0 / f s
s( n) = I ( n) cos(ω 0 n) + Q( n) sin(ω 0 n)
其中
I ( n) = a ( n) cos(θ ( n) ) Q( n) = a ( n) sin(θ ( n) )
y L ( n)
4. 信道化软件无线电接收机 前述的单通道和并行多通道接收机，需要用 一个搜索接收机对整个频段进行搜索，以确定在 哪个或哪几个信道上出现了信号。能覆盖整个 A/D采样带宽(0 ~ fs/2)的并行多通道接收机叫做 信道化接收机。 4.1 数字滤波器组实现的信道化接收机 滤波器组把整个A/D采样带宽(0 ~ fs/2) 分成均匀的 K 个子信道。
y0(m) y1(m) …
…
e
jω K 1 n
… xK-1(n)
hLP(n) 其中
ωk = π
2K
2K
yK-1(m)
( 2k + 1) k = 0, 1, ..., K 1
先用数字本振把第k个子信道下变频至零中频 （I, Q两路），然后对I, Q两路分别低通滤波。
4.2 多相滤波器组实现的信道化接收机 为了推导高效的多相滤波器组算法，上 面第二种滤波器组算法中本振频率取成：
= DFT [ rp ( m )]
s p (n′ ) ( 1) e
n′ jπn′ / 2
x′p (n′ ) x p (m ) e
j
rp (m )
π
2K 0
s(n)
K
h0(n′)
2
e
j
y0 ( m )
π
2K 1
z-1
K
( 1) e
n′
jπn′ / 2
h1(n′)
2 … … DFT
y1 ( m )
…
…
抽取因子D = fs / (2fA) = 1000
f p fA
f
20 lg δ 7.95 N≥ 14.36Δf / f s
Δf / f s = ( f A f P ) / f s = 20kHz / 80 MHz
δ = 0.001
N ≥ 14499
D = D1 D2 D3 = 25 × 8 × 5
第四章
ห้องสมุดไป่ตู้
软件无线电接收机
1. 软件无线电的三种结构形式 1.1 射频全宽开低通采样软件无线电结构
超宽带 滤波器 超宽带 放大器 超高速 A/D 超高速 DSP
0.1MHz～2GHz
fs
f s > 2 f max A/D无法实现
等效数字
fs / 2
1.2 射频直接带通采样软件无线电结构
窄带电调 滤波器 放大器
h0(n) s(n)
实信号
x0(n) x1(n) … xK-1(n)
K =3
h1(n) … … hK-1(n)
H k ( e jω )
2100+ 1+
2+
π π
6 3
π 2π 5π π
2 3 6
ω
设原形低通滤波器hLP(n)的频响为：
π 1, ω ≤ 2K jω H LP (e ) = 0, otherwise
经正交解调后得：
y( n) = y I ( n) + jyQ ( n)
2 cos(ω 0 n) x′ (n) I
= a ( n) cos(θ ( n) ) + ja ( n) sin(θ ( n) )
×
低通滤波器 低通滤波器
y I ( n) yQ ( n )
x ( n)
ω 0 = 2πf 0 / f s
×
′ xQ (n)
2 sin(ω 0 n)
低通滤波器：
f p = B0 / 2 f A = Δf c / 2 f p fA
f
由于x(n)的采样率很高(fs>2B)，而x(n)的本 身带宽(B0)较窄，因此低通滤波器的阶数很 大。 经过滤波后，x(n)的带宽(设为fA) << fs , 所以 要进行抽取，以缓解后续DSP的压力。 抽取因子D = fs / (2fA)。例如：fs=80MHz, B0=40kHz, Δf c = 80kHz , 则 fA=40kHz, D = 1000。
实信号
x0(n) x1(n)
K K
y0(m) y1(m) …
h1(n) … …
hK-1(n) yk(m)的频谱 为：
xK-1(n)
K
Yk (e jω )
yK-1(m)
π
ω
滤波器组的另外一种实现形式为：
e jω n
0
s(n)
实信号
e
jω 1 n
hLP(n) hLP(n)
x0(n) x1(n)
2K 2K
π
2K
ω
则K个滤波器的冲击响应分别为：
π ( 2k + 1)n , k = 0, 1, 2, ..., K 1 hk ( n) = hLP ( n) cos 2K
由于xk(n)的带宽为π/ K，所以可以进行K 倍抽取。而且是“整带”抽取，抽取后的信号 yk(m)变为低通信号了。
h0(n) s(n)
CIC
f s 1 = 80 MHz
D1
HBF
D2
FIR
D3
f s 2 = 3.2 MHz
f s 3 = 400kHz
HBF
2
HBF
2
HBF
2
h( n) = { 0.0313, 0, 0.2813, 0.5, 0.2813, 0, 0.0313}
fa f p
20kHz = = 0 .1 f s 3 / 2 200kHz
fs f0 4
f0
fs f0 + 4
fs / 4
fs / 2
三种结构小结： 结构1: 对A/D采样速率和工作带宽要求最 高，理想软件无线电结构。 对A/D采样速率降低，但工作带宽要 求不变（高），带通滤波后采样。 对A/D采样速率和工作带宽要求低， 带通滤波后混频至中频再采样。
结构2: 结构3:
K为奇数
s p ( n′ ) = s( n′K p ) hp ( n′ ) = hLP ( n′K + p )
令 rp ( m ) = x p ( m )e 则
K 1 p=0
j
2 K 1 πp 2K
= x p ( m )( 1) p e
j
πp
2K
y k ( m ) = ∑ r p ( m )e
j
2π kp K
…
z-1
z-1
K
( 1)n′ e jπn′ / 2
hK-1(n′)
( 1)
K 1
e
j
π
2K
( K 1 )
y K 1 ( m )
2
…
5. 软件无线电发射机 发射信号可以表示为：
ss ( t ) = a s ( t ) cos[2πf 0 t + θ s ( t )]
为了用数字的方法产生信号，对上式以采 样频率 fs 数字化得到：
k
yk ( m ) = (s( n)e
K 1 p=0
jω k n
) h
j
LP
( n) n= m ( 2 K )
e
j 2π kp K
= ∑ x p ( m )e
其中
x p ( m ) = x′p ( 2m )
2 K 1 πp 2K
′p ( n′ ) = (s p ( n′ )( 1)n′ e jπn′ / 2 ) hp ( n′ ) x