第3章 软件无线电的系统组成分解
浅析软件无线电的体系结构及应用
浅析软件无线电的体系结构及应用软件无线电（Software Defined Radio，SDR）是一种新兴的通信技术，它将传统的硬件无线电设备中的很多功能通过软件实现。
软件无线电的体系结构主要由前端、中端和后端构成，并在无线电通信、军事应用、物联网和广播等领域得到了广泛应用。
软件无线电的前端主要由天线、前级放大器和模数转换器等组成。
天线用于接收和发送无线信号，前级放大器用于将弱信号放大，模数转换器则负责将模拟信号转换为数字信号。
前端的主要任务是将无线信号从天线处接收或发送出去，并将其转换为数字信号，以供中端进行处理。
软件无线电的中端主要由一台或多台通用计算机构成，该计算机负责处理、分析和调试接收或发送的无线信号。
中端通常具备较高的计算能力和存储容量，可以通过软件进行无线信号的解码、调制和编码等操作。
中端的核心是运行在通用计算机上的软件，这些软件根据不同的无线通信标准进行开发，可以实现不同的功能，如解调、编码、解码和调制等。
软件无线电的后端主要由数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）和后级放大器等组成。
DSP负责对已经经过中端处理的数字信号进行进一步的处理和调试，并将其转换为模拟信号。
后级放大器则负责将数字信号放大，以供天线发送出去。
软件无线电技术在无线电通信、军事应用、物联网和广播领域有着广泛的应用。
在无线电通信领域，软件无线电可以灵活地支持不同的无线通信标准，如GSM、WCDMA、LTE等，同时还能够提供更高的系统灵活性和可靠性。
在军事应用领域，软件无线电可以广泛应用于军事通信、无人机和雷达等装备中，为军事指挥和作战提供强大的通信支持。
在物联网领域，软件无线电可以实现传感器之间的无线通信，并为智能家居、智能交通和智能城市等应用场景提供支持。
在广播领域，软件无线电可以实现数字广播和高清无线电视传输，提供更高质量的广播服务。
浅析软件无线电的体系结构及应用
浅析软件无线电的体系结构及应用软件无线电（Software Defined Radio, SDR）是一种基于软件和数字信号处理技术的无线电通信系统。
它将传统无线电信号处理中的大部分功能都实现在软件中，如调制解调、信号处理和频谱分析等，从而实现了无线电通信的灵活性和可编程性。
软件无线电的体系结构和应用正在逐渐成为无线通信领域的研究热点，本文将从体系结构和应用两个方面对软件无线电进行浅析。
软件无线电的体系结构软件无线电的体系结构主要包括射频前端、中频/基带处理、数字信号处理和软件控制等几个部分。
首先是射频前端，它主要包括天线、滤波器、放大器和混频器等组件。
射频前端的作用是接收天线传来的无线电信号，并将其放大、滤波、混频等处理，以便后续的数字信号处理。
其次是中频/基带处理部分，它包括解调、滤波、调制等模块。
在这一部分中，无线电信号将会被转换成中频信号或者基带信号，并进行相应的信号处理。
然后是数字信号处理，它是软件无线电的核心部分。
在这一部分中，用来处理无线电信号的基带信号将会被数字化，并且在数字域中进一步处理。
最后是软件控制，它主要由软件实现。
在软件控制部分，用户可以通过软件对无线电的参数进行配置和控制，也可以实现信号处理算法的实现。
通过软件控制，实现了软件无线电的可编程性和灵活性。
软件无线电的应用软件无线电的应用非常广泛，不仅可以在军事通信、民用通信等传统无线电领域得到应用，还可以在无线传感网络、智能电网、车联网、物联网等新兴领域得到广泛应用。
在军事通信领域，软件无线电可以应用于军事雷达、军事通信等方面。
由于软件无线电具有灵活性和可编程性，可以根据需要对其功能进行快速定制和修改。
软件无线电在军事通信领域可以更好地适应各种复杂的通信环境和任务需求，使得军事通信系统更加安全可靠。
在民用通信领域，软件无线电可以应用于调频广播、数字电视、蜂窝通信、卫星通信等方面。
软件无线电的灵活配置和易更新特性，可以为民用通信网络的建设和更新提供更多可能性。
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。
浅析软件无线电的体系结构及应用
浅析软件无线电的体系结构及应用软件无线电（Software Defined Radio，简称SDR）是一种通过软件控制硬件进行射频信号处理的无线电通信技术。
它基于微处理器、数字信号处理器和专用的软件，能够实现对无线电信号的调制、解调、滤波、编码、解码等处理过程。
软件无线电的体系结构主要由前端硬件、信号采集模块、信号处理模块和应用软件等组成，并广泛应用于无线通信、雷达、千兆以太网等领域。
软件无线电的体系结构由以下几个主要部分组成：1. 前端硬件：包括天线、射频前端（RF front-end）和模数转换器（ADC）。
天线负责接收或发射无线信号，射频前端进行信号放大、滤波、混频等处理，模数转换器将模拟信号转换为数字信号，为后续的数字信号处理做准备。
2. 信号采集模块：主要由模数转换器、FPGA（Field Programmable Gate Array）和时钟同步电路组成。
模数转换器负责将模拟信号转换为数字信号，FPGA用来对数字信号进行处理和控制，时钟同步电路用于保证各个模块之间的同步性。
3. 信号处理模块：由软件、FPGA和DSP（Digital Signal Processor）组成。
软件用于控制信号处理流程和参数，FPGA和DSP分别负责实现硬件的信号处理算法和信号处理运算。
4. 应用软件：为用户提供图形界面或命令行界面，实现与用户交互和数据展示。
用户可以通过应用软件选择信号处理算法、调节参数等。
软件无线电的应用非常广泛，主要有以下几个方面：1. 无线通信：软件无线电可以实现无线通信中的调制解调、滤波、编码解码等过程，可应用于手机、卫星通信、无线电对讲机等通信设备中。
由于软件无线电的可编程性，可灵活适应不同的通信标准和频谱资源分配，提高通信系统的灵活性和性能。
2. 雷达：软件无线电可以应用于雷达系统中，实现信号处理、目标识别和目标跟踪等功能。
由于雷达系统的复杂性和变化性，软件无线电可以根据需要进行灵活的信号处理和算法调整，提供更强大的雷达能力。
软件无线电的原理与应用_第三章
SDR的三种组成结构
两个采样定理： 基于Nyquist定理的低通采样； 带通采样 射频直接带通采样； 中频带通采样； 射频全宽带低通采样SDR结构； 射频直接带通采样SDR结构； 宽带中频带通采样SDR结构；
3.1.1 射频全宽带低通采样SDR结构
实际中，f 范围为0.1 MHz~2GHz ,采样率S≥2fH 前置超宽带滤波器的矩形系数为r,则fS≥2rfH
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
用多相滤波实现
实现：输入延时抽取，乘系数，与LPF的多相结构卷 积，乘系数，DFT，输出
复信号基于多相滤波的信道化接收机实现： 输入延时抽取，乘系数，与LPF的多相结 构卷积，乘系数，DFT，输出
数字混频提取正交分量
低通滤波器主要用来滤除I(n)和Q(n)频谱分量以外的 不需要的信号，截止频率为I(n)和Q(n)频谱分量中对 应的最高频率，阻带截止频率应小于信道间隔的一 半，以消除邻道干扰的影响。
正交分量提取与抽取
采样后滤波前信号带宽为 f s / 2，滤波后信号带宽 为 f A ，而且 f s / 2 >> f A ，因此可以对I(n)Q(n) fs 进行Ｄ倍抽取，抽取因子为 D = 2 fA
3.1.4 三种SDR结构的等效数字谱
一、低通采样数字谱
XD( f )
f min
f max
进入接收通道的射频信号可以从低通数字采样 后A/D数字谱中恢复
二、射频直接带通采样数字谱
前置跟踪滤波器不理想，产生采样盲区，从而需要多 个采样频率，即一个主采样频率和M个盲区采样频率
浅析软件无线电的体系结构及应用
浅析软件无线电的体系结构及应用软件无线电（Software Defined Radio，SDR）是指利用软件实现无线电通信中的信号处理和调制解调功能的一种通信方式。
相比传统无线电设备，软件无线电具有更高的灵活性和可配置性。
本文将从软件无线电的体系结构和应用两个方面进行浅析。
软件无线电的体系结构主要分为前端硬件系统和后端软件系统两个部分。
前端硬件系统包括天线、射频前端和模拟/数字转换器，负责接收信号并将其转换为数字信号。
射频前端主要负责信号的放大和滤波，而模拟/数字转换器将模拟信号转换为数字信号以便进一步处理。
后端软件系统由信号处理和调制解调算法组成，负责对数字信号进行各种处理和调制解调操作。
在软件无线电的应用方面，其具有广泛的应用领域和多样化的应用场景。
首先，软件无线电在民用通信领域得到了广泛应用，如移动通信、卫星通信和无线局域网等。
由于软件无线电的可配置性和灵活性，可以适应不同的通信标准和频段，使得设备的设计和使用更加简化和便捷。
其次，软件无线电在军事通信领域也有重要应用，可以满足多样化、安全性要求高的通信需求。
军事通信要求通信系统能够适应复杂的通信环境和频谱的动态变化，而软件无线电正好具备这种特点。
通过软件配置和算法调整，可以使得通信系统能够适应复杂的无线环境和频段的变化，同时保障通信的安全性和可靠性。
此外，软件无线电在科研和教育领域也起到了重要作用。
研究人员可以利用软件无线电进行各种实验和研究，以验证新的无线通信技术和算法的可行性。
教育领域可以利用软件无线电进行无线通信相关课程的教学实践，增强学生的实践能力和创新意识。
总的来说，软件无线电作为一种新的无线通信技术和应用方式，具有广泛的应用领域和多样化的应用场景。
通过对软件无线电的体系结构和应用进行浅析，可以更加全面地了解软件无线电的技术特点和应用前景。
在未来的发展中，软件无线电有望在更多的领域发挥其优势，推动无线通信技术的进一步创新和发展。
浅析软件无线电的体系结构及应用
浅析软件无线电的体系结构及应用软件无线电是一种基于软件定义无线电技术的新型通信系统，它通过软件和计算机进行无线电信号的处理和控制，能够灵活地配置和重新配置硬件设备，实现多种无线通信功能。
软件无线电的体系结构主要包括前端硬件、中间件和后端软件三部分，它们共同完成无线电信号的接收、处理和传输。
前端硬件是软件无线电的物理层，负责将无线电信号转换为数字信号。
它包括射频前端、模拟前端和数字前端三部分。
射频前端主要负责频率合成、滤波和放大等工作；模拟前端则进行模拟信号的调制、解调和振幅、频率、相位等参数的调整；数字前端将模拟信号进行采样和量化，将其转换为数字信号。
前端硬件的设计需要根据不同的通信标准和需求进行优化和配置，能够适应不同的信号类型和频段。
中间件是软件无线电的核心部分，它负责对接收到的数字信号进行处理和解码。
中间件通过一系列算法，包括信号分析、频谱分析、信号解调、差错控制等，将数字信号转换为机器能理解的数据。
中间件还具备信号识别和频谱监测的功能，可以自动识别无线电信号的类型和属性，并进行合适的处理。
中间件的设计需要考虑时延、计算复杂度和功耗等因素，保证系统具备实时性和高性能。
后端软件是软件无线电的控制层，负责协调和管理前端硬件和中间件的工作。
后端软件通过与中间件进行通信，将数据传输到应用层或其他系统中。
后端软件具备多种功能，包括频率规划、频谱管理、功率控制、流量控制等，能够灵活地配置和管理整个软件无线电系统。
后端软件的设计需要考虑系统的稳定性、可靠性和安全性，确保系统能够长时间稳定运行，并能够应对各种异常情况。
软件无线电具有广泛的应用领域，包括通信、广播、雷达、定位等。
在通信领域，软件无线电可以实现多种通信方式，包括调频、调幅、调相、多址等，能够适应不同的通信标准和需求。
在广播领域，软件无线电可以实现多路广播、频段共享和频率规划等功能，提高频谱利用率。
在雷达和定位领域，软件无线电具备灵活的频率控制和信号处理能力，能够实现高分辨率和高精度的雷达和定位系统。
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• 1. 按照系统的物理介质 • 按照组成软件无线电系统的物理介质，软件无线电的 硬件体系结构，可以划分为以下三种： • （1）以通用处理器（GPP：服务器或者桌面计算用的 CPU芯片）为基础、直接采用个人计算机（PC）和工 作站进行数字信号处理的体系结构。 • （2）以数字信号处理器（DSP：专门为快速实现各种 数字信号处理算法所设计的、具有特殊结构的微处理 器）为基础进行数字信号处理的体系结构。 • （3）以现场可编程门阵列（FPGA：为专门集成电路 的一种半定制电路，综合了定制电路、与可编程期间 的优点）为基础进行数字信号处理的体系结构。
• 2. 软件无线电的系统模型 • 数字无线电与可下载软件技术结合，就形成了 具有可重编程、可重配置能力的软件无线电技 术。软件无线电的系统模型如图3-4所示。 • 软件无线电系统包括以下几部分： • （1）天线子系统。 • （2）射频部分。 • （3）模拟/数字转换器、数字/模拟转换器。 • （4）数字信号处理部分。
• 2. 按照系统中各功能模块的连接方式 • 在软件无线电系统中，各个功能模块通 过一定的连接方式，组成一个硬件平台。 这个平台具有以下特点： • （1）开放性。 • （2）可扩展性。 • （3）标准性。 • （4）高数据吞吐率。
• 3.3 软件无线电系统接收机 • 软件无线电系统是实现软件无线电思想的具体设备。 软件无线电系统的核心是接收机与发射机。 • 本节简要介绍软件无线电系统接收机的概念、原理、 技术和实现。 • 3.3.1 概述 • 为了实现软件无线电的设想，对软件无线电系统的功 能有以下要求： • （1）高度集成的软件无线电收发机结构。 • （2）高度的灵活性。 • （3）多模式通信的能力。
信 道 译 码
解 密
信 源 译 码
信 宿
密 钥 源
噪 声
密 钥 源
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1. 由数字无线电到软件无线电 软件无线电经历了以下发展过程： （1）由硬件无线电到数字无线电。 （2）从数字无线电到软件无线电。 在硬件无线电中，系统的功能完全由各种特定 功能的固定电路模块：如放大器、滤波器、变 频器、调制器等等组合而成，其功能不可能发 生任何改变。若要改变系统功能，需要更换硬 件模块。
第3章 软件无线电的系统组成 • 3.1 引言。 • 3.2 软件无线电系统的组成。 • 3.3 软件无线电系统接收机。 • 3.4 软件无线电发射机。 • 3.5 应用举例。 • 3.6 本章小结。
• 3.1 引言 • 软件无线电是一种令人激动的无线技术。它在 军事和民用通信领域中取得了广泛的应用，是 继数字技术后的一个重大变革。 • 与学习通信原理和数字信号处理等课程不同， 学习软件无线电，是学习一种新的无线体系结 构。 • 软件无线电是可以用一种无线设备面对多种通 信需要的技术。与一般的电子系统相同，软件 无线电系统也是由硬件子系统、软件子系统构 成的。
• 3.2.1 软件无线电系统的模型 • 为了实现上述软件无线电的技术设想， 首先需要建立软件无线电系统的模型， 然后，构建软件无线电的体系结构。 • 软件无线电技术，是在数字无线电技术 的基础上发展起来的。基本的数字通信 系统结构框图如图3-2所示。
信 源
信 源 编 码
加 密
信 道 编 码
信 道
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2. 信号的收发过程 软件无线电系统接收信号的过程如下： （1）天线接收模拟无线电信号。 （2）信号经过天线耦合到射频部分。 （3）经过下变频降低频率。 （4）模拟信号由ADC经过采样、量化、编码， 得到数字信号。 • （5）数据经数字信号处理，存储或输出给信 宿。
• 3.2.3 软件无线电系统的实现 • 为了实现软件无线电系统，可以有两种不同的 方法： • （1）按照组成系统的物理介质，划分系统的 硬件结构。 • （2）按照系统中各功能模块的连接方式，划 分系统的体系结构。 • 这两种方法不是完全分开的，任何硬件平台的 构成，都同时包含了这两个方面的设想与问题。
• 软件无线电是一种新型的无线体系结构， 它通过硬件和软件结合，使无线网络和 用户终端具有可重配置能力。 • 软件无线电提供了一种建立多模式、多 频段、多功能无线设备的有效、而且相 当经济的解决方案，它可以通过软件升 级实现新的系统功能。
• 3.2 软件无线电系统的组成 • 软件无线电是这样一种无线技术：这种技术配 置一个无线设备，就可以使用于任何通信应用 中。例如：即可以用于移动网络的手机、传呼 机、卫星接收机终端，又可以用于简单的收音 机、音乐播放器、视频播放机、汽车遥控器等 等。 • 图3-1为软件无线电的技术设想。在一个软件无 线电设备平台上，通过软件升级：软件下载、 重配置，就可以实现不同的无线设备功能。
• 3.2.2 软件无线电的体系结构 • 软件无线电的体系结构，是指一个全面、 一致的功能、组件、设计原则的集合， 依靠它可以组织、设计、构建一个软件 无线电系统。 • 软件无线电系统结构，是实现软件无线 电概念的设计结构，包括硬件、软件、 接口协议等等部分。
Байду номын сангаас
• 1. 软件无线电系统的基本组成 • 一个实际的软件无线电系统的基本组成 如图3-5所示。
• 在数字无线电中，通过模拟/数字变换器、数字 /模拟变换器以后，许多原先由硬件完成的功能， 可以由软件来实现了。但是，数字无线电系统 的可重编程、可重配置能力较差，系统的主要 功能不易发生改变。 • 在软件无线电中，不仅原来由硬件完成的大部 分功能，如：编码、调制、同步、滤波等等功 能，都要由软件系统利用数字信号处理技术来 完成。而且，系统的可重编程、可重配置能力 提高了。
• 1. 软件无线电系统的灵活性 • 软件无线电系统的功能灵活性，体现在 以下两个方面： • （1）功能的灵活性：调制方式、编码方 式、桢结构等，都可以灵活设置。 • （2）射频的灵活性：具有灵活多变的、 尽可能全频段的射频覆盖能力。
• 2. 下变频部分 • 在无线通信系统中，由于射频频率很高， 常常工作在微波或超短波频段。这是为 了便于实现信号发射和信道复用。所以， 信号的频率变换，是无线通信系统需要 研究的重要内容。