软件无线电软件无线电基本理论
无线电数字信号处理与软件无线电技术综述
１ １ 有关 数 字信号 速率 的整 数倍抽 取 ．
整数倍抽取的定义 ， 就是把原始采样序列 （，每 ／ ／ ）
隔 Ｄ一２ 数据 取 一个 ， 而形 成一 个全 新 的序列 ， 个 从 也
就是
Ｄ
（ ｍ）＝ ｒ （ Ｄ） ｏ
（） １
３， Ｇ 再到最近讨论的４ Ｇ通信技术 ， 这些都体 现了无线 电技术 的 发展 ， 以及 在实 际 中 的应 用 ， 更体 现 出无 线 电
ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｒ ｃ ｓｉ ｇ，ａ ｄ ａ ａｏ － ｉｉ ｏ ｖ ｒｉｎ ａ ｅ ｔｅ ｋ ｙ ｔｃ ｎ ｌｇｅ ． Ｔ ｅｒｃ ｍｂ ｎ ｔ ｎ ｃ ｎ ａ ｈｅ ｅ ｄ ｓｇ ｏ ｓ ａ ｄ ｎ ｎ ｌｇ ｄ ｇｔ ｃ ｎ ｅｓｏ ｒ ｈ ｅ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓ ｌ ａ ｈ ｉ ｏ ｉ ａｉ ａ ｃ ｉｖ ｅ ｉ ｇ ａ ｎ ｏ ｎ ｌ
奄ａ 叶拭 ２２ 第 ５ 第 期 ０ 年 ２卷 ６ １
Ｅｅ ｔｏ ｉ ｃ． Ｔ ｃ ． Ｊｎ ． ５．２ １ ｌｃｒｎｃ Ｓ ｉ＆ ｅ ｈ ／ ｕ ｅ １ ０２
无 线 电 数 字 信 号 处 理 与 软 件 无 线 电 技 术 综 述
桑亚楼 ，阮郑 兴
（ 中国人 民解放军 海军 ９ ６ ８部 队，福建 宁德 １７ 摘 要 ３ ２０ ） ５ １２ 在 软件无线 电技术 中，宽带、多频段 天线、高速数 字信号处理 、模数转换 对于软件无 线电技 术 而言都是
关键技 术 ，通过 组合使用 ，达到设计 目的 以及应 用要 求。文 中通过 对数 字信号 处理 以及 无线 电关键技 术的 处理 两部
分 ，分 别论 ；数 字 信 号 ；软 件 无 线 电 ； 关键 技 术
中 图分 类 号
基于MATLAB的软件无线电
越
噪声 信 号
。
孽
绐 ｓｔ乘 １０１５ 因 为调 制时要 进行 归一 化 图 （） ／ ．２ 是
３
２ １
３ 表示 的是 三角脉冲信号 、载波信号和 已调制的信 号， 可以看 出已调信号 的包络就是 未调信号 ， 所以 可以用已调制信号的峰值进行解调。
４所示
４ 语 音 信 号 的调 制 与解 调仿 真
ｓｎ －（ ）０（ｎ ）Ｑ（）ｉ（ （ ），ｎｃｓｎ ｌ ＋ ｎｓ ｎ ／ ｎ ） （） ２ 啦 为采 样频 率 的角频率 。多相 滤波器 的作用 是用来
提高数据源 的采样速率 ， 使得调制信号 的采样速率
和载波的采样速率一致。 在常规双边带调幅 中， 载波的幅度包络与输入 的调制信号成正比， 其时域表达式为
ｓＭ ） 。ｍ ） ０（ ＋ ＾（ ： 十 ］ ｓｎ ） ｃ 式 中 『一 外加 的直流分 量 ； ＿ （） ３
＿ｆ 厂） （ —— 调制信号 ， 可以是确定信号 ， 也可以是 随机信号 ； ｍ——调 制 系数 ， 的范 围在（ ，） 。 它 ０ １之间 ； 载波的角频率 ； ０一 载 波的初始 相位 。 ，
从频域表达式可以看 出， 已调信号 的频带宽度 是调制信号频带的两倍 ， 此种调制方式 占用频带较 宽。由于被调制信号的包络就是调制信号叠加一个
直流 ， 因此易于实现峰值包络解调 。从频域表达式
中可 以看 出包 含有 正 弦载 波分 量 ， 即有 部 分 功率 消
耗在载波上 ， 没有用于信息的传递 ， 从效率上看 ， 常 规双边带调 幅方式效率较低 ， 由于其 调制和解调 但
浅述软件无线电中的调制解调理论
1.引言软件无线电(So ftware Radio )是Joe M ito la 于1992年在美国电信系统会议上首次明确提出的概念.其基本思想是:构造一个通用的、具有开放性、标准化,模块化的可编程硬件平台,通过加载相应的软件模块来实现对应的电台功能.多模式调制解调理论是实现软件无线电台多模式工作的关键理论。
2.信号空间映射调制是把信源信息变成适合信道传输的模拟波形的过程.信源信息称为调制信号,调制后的波形称为已调信号。
已调信号经过信道到达接收端,解调即为从接收信号中恢复出传送的信息。
这个过程可以放入信号空间去描述。
2.1信号空间信号可以看作是信号空间中的点,它可以表示为空间的一组正交基的线性组合。
调制解调可被看作是信号从一个信号空间到另一个信号空间的变换过程,根据正交展开和映射原理,软件无线电多模式调制解调通用结构得以实现。
2.2已调信号空间的正交分解与矢量表示经过载波调制的已调信号是一种带通型信号,它可表示为S(t)=a(t)cos(ωc t+θ(t))=I(t)cos ωc t-Q(t)sincos ωc t 其中,I(t)=a(t)co s(θ(t)),Q(t)=a(t)sin(θ(t))分别称为信号S(t)的同相分量和正交分量。
利用I (t)和Q (t),可得到信号的瞬时幅度a (t)=I 2(t)+Q2(t)!,瞬时相位θ(t)=tan -1[Q(t)/I(t)]。
信号的瞬时频率θ’(t)。
信号中的所有信息都可由I(t)和Q(t)运算得到。
选择co s ωc t 和sin ωc t 作为正交基,可以张成二维信号空间,已调信号可表示为s(t)=I(t)cos ωc -Q(t)sin co s ωct,那么已调信号s(t)就对应二维矢量s=(I(t),Q(t))。
3.信号调制传统的信号调制的定义是基于调制信号来改变载波的幅度、频率、相位等参数,若从信号空间映射的角度来定义信号的调制解调,则容易构建出软件无线电多模式调制解调的统一结构.用m(t)表示信源调制信号,信号调制可分解为两个过程:由信源信号获得信号的同相分量I(t)与正交分量Q(t),此过程称为基带调制。
软件无线电的体系结构
个 共 同特 点 ，就是 结 构 上 分 层 化 ，功 能 上模 块
化 。它 们 的 不 同之 处 在 于 层 次 的 具 体 划分 界 限 、 功 能 模 块 之 间 的接 口方 式 等 下 面 介 绍 两 种 典 型 的 方案。
（ ） Ｓ ＮＩ Ｓ ｆ ａｅＩｂａｉｓｆｒＡｄ ａｃ ｄＴ ｒ １ Ｌ Ｓ（ ｏｔ ｒ ｉ ｒｒ ｏ ｖ ｎｅ ｅ－ ｗ ｅ
软 件无线 电系统是一个复杂的通信系统 ， 涉厦到 电子
中期
终 端
最初， 人们设计 的软件无线 电的硬件结构基本上是 一 种流式结 构。这种 结构和无线通信系统的逻 辑结构相类
似 ， 以其 效 率 是 较 高 的 。但 是 ， 所 由于 这 种 结 构 各个 模 块 直 接 的 耦 合 过 于 紧 密 ， 在 着 牵 一发 而 动 全 局 的 问题 。 存 基
关键 词
ｌ 引言
软 件 无 线 电 的 研 究 最 隶 起 源 于 无 线 通 信 过 程 中 的 互 叮 用 性 问 题 。 美军 的 Ｓｅｋａｙ系统 是 最 早 实 现 的实 用 软件 ｐａＥ ｓ
技 术 、 信 理 论 、数 字信 号处 理 技 术 和 网 络 技 术等 多个 学 通 科 。 目前 ． 超 过 ５０家 的科 研 机 构和 公 司 都 在对 软件 无 有 ０
线 电进行研究 ， 其中 ，软件无线 电体系结构方面的研究正 成 为人们讨 论的热点。 软件无线 电的体系结构可以分 为通
用 的 硬 件 平 台 和 开 放 的 软件 结 构 两 个 方 面 。
无线 电系统 。它替代 了几 十个军用 无线 电设 备组 成 的系
统 ， 决 了多 种 制 式 电 台 之 间 的互 通 问 题 ． 解 ． 软件 无线 电至 今 还 没 有 严 格 而 准 确 的 定 义 ， 是 可 以 但 把 它 的核 心思 想 归结 为 以下 两 点 ： 带 Ａ Ｄ、 ／ 宽 ／ Ｄ Ａ尽 可 能
第三章软件无线电关键技术教材
19
3.1 射频/微波技术
无线电波的传播
微波传播：微波是指波长小于1米（频率高 于300MHz）的电磁波。其传播类似于光波 的传播，是一种视距传播。总的说来，这 种传播方式比较稳定，但其传播也受到大 气折射和地面反射的影响。另外，对流层 中的大气湍流气团对微波有散射作用。利 用这种散射作用可实现微波的超视距传播。
20
3.1 射频/微波技术
直射波传输特性
定义：在自由空间中, 电波沿直线传播而不被 吸收, 也不发生反射、 折射和散射等现象而直 接到达接收点的传播方式称为直射波传播。
直射波传播损耗可看成自由空间的电波传播损 耗Lfs, 表示式为
[Lfs] 32.44 20lg d 20lg f (dB)
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3.1 射频/微波技术
无线电波的传播
甚长波（甚低频VLF）传播：甚长波是指 波长10公里~100公里（频率为3~30kHz） 的电磁波。无线通信中使用的甚长波的频 率为10~30kHz，该波段的电磁波可在大地 与低层的电离层间形成的波导中进行传播， 距离可达数千公里乃至覆盖全球。
12
3.1 射频/微波技术
dBw是相对于 1w功率电平的绝对值。 1w=0 dBw=30dBm 2w=3 dBw=33dBm 40w=16 dBw=46dBm
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3.1 射频/微波技术
微波“铁三角”
在微波技术与工程中，频率、阻抗和功率是 三大核心指标，故被称为微波“铁三角”。
这三个方面能够形象地反映微波技术与工程 的基本内容，它们既有独立特性，又相互影 响，如下图所示。
软件无线电技术基础课程设计
软件无线电技术基础课程设计一、课程设计背景软件无线电技术是近年来快速发展的一门技术，它可以应用于通信领域、雷达领域、无线电频谱管理等众多领域。
因此，在长期的技术培养过程中，软件无线电技术的学习和掌握显得至关重要。
软件无线电技术的基础知识和技术应用是学生学习和掌握这门学科的关键。
本课程设计旨在通过基础课程的设计和实施，帮助学生理解和掌握软件无线电技术的基础知识和技术应用，为日后的学习和研究奠定坚实的基础。
二、课程设计目标本课程设计的主要目标如下：1.掌握软件无线电技术的基础知识。
2.熟悉软件无线电技术的基本模块。
3.熟练掌握软件无线电技术应用案例。
4.培养学生的创新能力和实践能力。
5.加深学生对软件无线电技术的应用实践认识和理解。
三、课程设计内容1. 软件无线电技术基础本课程设计将针对软件无线电技术的基础知识进行讲授，通过理论知识以及实例案例的介绍，讲解软件无线电技术的基础模块和概念。
主要内容包括以下几个方面：1.1 数据变换的基础知识· DFT和FFT算法概述· IIR和FIR滤波器应用· LPC和LSL滤波方法1.2 对于调制技术的介绍· AM和PM的应用· ASK、FSK、PSK技术的实际应用1.3 数字信号处理的基本知识· 时域和频域表示的基础知识· 数字滤波器的设计和实现2. 软件无线电技术实例本课程设计将会通过案例讲授的方式，为学生提供典型的软件无线电技术应用实例，以加深草丛对技术应用的理解和把握。
主要内容如下：2.1 信号发生器的设计和应用2.2 软件调制器的设计和应用2.3 软件解调器的设计和应用2.4 软件无线电中的控制应用案例3. 课程设计实践本课程设计还将会针对软件无线电技术的实践问题展开课程实践，通过具体操作和实践问题的讨论，加深对实际问题的认识和掌握，并提高学生自主实践能力。
四、课程设计效果完成本课程设计可以有效地帮助学生提高对软件无线电技术基础知识的理解和掌握，增强技术应用能力和创新能力，促进专业素质和实践能力的提高。
软件无线电复习题整理
第一章1、理解常见无线电技术中的LNA技术,AGC技术,超外差接收技术和双工技术。
1)接收灵敏度影响因素:外部噪声、内部噪声和电路系统的非线性失真等提高接收灵敏度的方法: 在接收机前端增加一个射频放大器,并使其噪声系数尽可能小, 一般采用低噪声放大器2）为使接收机输出信号的强度相对稳定, 接收机的增益就应随着输入信号强度的大小自动调整,这一技术即为自动增益控制3)超外差技术: 通过混频器本振频率fL和选频滤波器中心频率f0= fRF同步改变来实现中频频率fIF固定不变.（中频频率fIF是射频频率和本振频率差拍的结果）4）常见的收/发双工技术: 时分双工、频分双工和环形器双工2.无线模拟通信系统、无线数字通信系统、数字无线电技术比较、软件无线电比较。
除调制/解调外, 无线数字通信系统与无线模拟通信系统相同无线数字通信系统与无线模拟通信系统的根本区别:（1)信源的数字化;（2）调制/解调：传输信道中其它各环节仍相同, 如信道分离、混频和滤波等, 但模拟信道技术结构复杂、集成度低、体积功耗大,运用不灵活。
模拟无线电技术中, 信号处理大多采用实信号处理技术, 而数字无线电则多采用复信号处理技术, 即采用正交双通道技术3.实现正交双通道的关键 .4、实现正交双通道的关键有两个 1）需要产生两个正交本振 2）需要严格保证两通道的幅度平衡 , 若上述条件无法满足,则会产生镜像信号, 造成镜像干扰5、硬件无线电与软件无线电的主要区别。
6、硬件无线电是指无线电设备的功能由硬件结构确定, 系统的工作很少或没有软件参与, 在功能上是固定的。
软件无线电技术可以多频带/多模式/多功能工作,具有可重编程、可重配置能力。
模拟无线电和数字无线电都属于硬件无线电；数字无线电+软件无线电和重配置技术构成软件无线电。
7、数字无线电常见结构.8、据A/D转换在数字无线电系统中所处的位置分类: 零中频数字基带的结构:中频频率为零, 不存在一般超外差接收机中的镜频干扰问题；超外差式数字基带的结构:中频频率固定;超外差式数字中频的结构:中频频率固定9、软件无线电的定义、特点及软件无线电的中心思想。
软件无线电技术在卫星系统中的应用
的 兼容 性 问题
方便快捷。高速 ＡＤＡ实为一个标准接 口， ／／ 其作用
是将 Ｒ ／ ＦＩ Ｆ部分 和通用 的数 字 ／ 软件部 分连接 起 来。 只要它们的带宽和处理能力满足系统要求 ， 都具 有很好 的通用性。 软件无线电的应用使得不同系统之间相互操作
ｄ ｃｉｎ ｔ ｏ ｕ ｄ ｍｅ ｔｌ ｄ ｆ ｉ ｏ ｓ ａ ｄ ｕ ｔ ｏ ｓ ｍｅ ｆ ｎ ａ ｎ ａ ｅ ｎ ｔ ｎ ｎ ｏ ｉ ｉ
技术 为支撑 的软件无线电技术 自从提 出以来 ，便引起 了包 括军 事通信 、 个人移动通信 、 微电子以及计算机等电子领域 的特别关
注 和广 泛兴 趣 。 其 是在最 近 几年 突 飞猛 进 的发 展 成长 ， 渐 壮 尤 逐
大， 更加使得人们普遍认为软件无线电技术将促进无线通信 ， 甚 至整个无线电领域产生重大变革 ，并 由此推动 电子信息技术的
快 速 发展 ，最终 在全 世 界 范 围 内形 成 巨大 的 软件 无 线 电产 业 市 场 ， 来 巨大 的经济 效 益 ， 动社 会 和 技术 进 步 。 带 推
次 突破 。
系统 中的应用状 况， 最后展 望未来软件 无线 电技 术的发展趋势 。
’ 炎 曩弧
软 件 无 线 电 ． 星 通信 系统 ， 星 测 控 卫 卫
系统
以现代通信理论为基础 ， 以数字 信号处理为核心 ， 以微电子
Ａｂ ｔ ｃ ： ｉｓ，ｔｉ ａｔ ｌ ｉｅ ｒｅ ｎｒ－ ｓ ｒ ｔＦ ｒｔ ｈｓ ｒｉ ｅ ｇｖ ｓ ｂ ｆｉｔ ａ ｃ ｉ ｏ
ｍ ｊｒｅｔｒｓｏ ｆ ａ ａｉ ｔｃｎｌｇ ａｏ ａｕｅ ｆ ｏ ｗ ｒ ｒｄｏ ｅｈ ｏ ｙｉ ｆ ｓｔ ｅ ｏ ｎ
软件无线电实验指导书
软件无线电实验平台实验指导书2006年10月达盛科技目录实验一添加循环冗余校验（CRC）比特和编码器尾比特 (3)实验二卷积编码实验 (14)实验三块交织实验 (18)实验四Walsh码正交调制实验 (22)实验五长码产生实验 (26)实验六长码扩频实验 (29)实验七IQ两路导频PN序列产生实验 (32)实验八I路和Q路导频PN序列正交相位扩展 (36)实验九BPSK调制 (39)实验十BPSK解调 (42)实验十一QPSK调制 (45)实验十二QPSK解调 (50)实验十三I路和Q路的OQPSK调制 (52)实验十四I路和Q路的 OQPSK解调 (55)实验十五I路和Q路导频PN序列正交相位解扩 (57)实验十六长码解扩实验 (59)实验十七Walsh码正交解调实验 (61)实验十八去交织实验 (63)实验十九维特比（Vertebi）译码实验 (65)实验二十去CRC比特实验 (69)实验二十一数字终端实验 (71)实验二十二软件无线电整体实验——FSK方案举例 (72)注意事项 (76)实验一添加循环冗余校验（CRC）比特和编码器尾比特一、实验目的1、了解TI公司67XX系列DSP开发系统的组成和结构：2、熟悉DSP开发系统的连接；3、练习和熟悉从CCS加载程序，进行实验的方法；4、掌握CRC比特和编码器尾比特的产生过程；5、掌握CRC比特和编码器尾比特的作用。
二、实验设备计算机，CCS3.1版软件，软件无线电实验平台三、基本原理CDMA反向业务信道（RTC）用于呼叫过程中向基站传输用户数据和信令信息。
反向信道可使用9.6kb/s，4.8kb/s，2.4kb/s或1.2kb/s四种不同速率。
在本书的所有实验中，我们统一采用9.6kb/s的速率来发送数据。
每个RTC数据帧持续20ms，根据发送速率不同可能含有信息、CRC、尾比特或信息、尾比特。
当我们采用的发送速率为9.6 kb/s时，RTC帧的结构为：帧比特=172信息比特+12CRC比特+8编码尾比特=192比特而且在该帧中包含一个帧质量指示器（CRC）。
软件无线电的电磁兼容分析
化 为 ： （ ） ａ ｎ ｃｓｗ ｎ （ ） Ｓ ｎ ＝ （ ）ｏ［ ｏ ＋ ｎ ］
式 中， ｏ＝ ＇ｏＴ 为 数 字 角 频率 ， ｗ ２ｆ ｎ ｓ ｒ 对 上式进行正交分解 ：
Ｓｎ （ ）＝Ｉ ｎ ｃｓｗ ｎ （ ）ｏ（ ｏ ）＋Ｑ（ ）ｉｗ ｎ ｎ ｓ（ ｏ ）
传播模型将是 Ｅ ＭＣ分析系统软件 的重要工
进行接 收解调分析 ， 同理该无线电 台的发射
机在同一 时刻 只能 发射 一个选 择 的信道 信 号进行调解发射 。 １ 单通道软件无 线电接收机数 学模 型 ．
调制 的 方 法 是 根 据 调 制 方 式 求 出 Ｉ （ ） Ｑ（ ） 然后 分 别 与两 个 正交 本 振 ｃｓ ｎ、 ｎ ， ｏ （ ｏ ）ｓ （ ｏ ） ｗ ｎ 、ｉ ｗ ｎ 调制 相 乘 并求 和 ， ｎ 即可 得 到调制信号 Ｓ ｎ 。 （ ） 单通道软件 无线 电收 发信 机 的数学 模 型是 最简单 的软件无 线 电收发 信 机数 学模 型 ， 际应用 中包括并 行多通道 软件无线 电 实
内使用的 电磁 辐射 标 准的状 况 。 目前 国际 上存在多种 电磁 辐 射标 准 的原 因是 非 常复
杂的 ， 中一个重要原因是为其 他 国家 的设 其 备进人本 国市场制造技术 壁垒 ， 护本 国民 保
步得到解决 。
软 件 无 线 电的 电磁 兼 容 分 析
１ ．软件无线 电概述
软件无 线 电的天线一 般要覆 盖 比较 宽
的频段 ， 要求 每个频 段 的特性 均匀 ， 以满足 各个频段使用 的需要 ， 并采用智能化 天线技
软件无 线 电是 １９ ９ ２年 由 Ｍ Ｌ ＴＬ Ｉ Ｉ Ｅ公 司首次提 出的 ， 的 中心 思想 是． 造 一个 它 构