软件无线电结课**。
题目： 软件无线电的应用。
学院： xxxxxxxxxx学院。
专业班级：xxxxxxxxxxx班。
任课教师： xxxxxxx
姓名： x x
学号： xxxxxxxxx
日期： 2023年01月。
摘要。软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。功能的软件化实现势必要求减少功能单。
一、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，把数字化处理（a/d和d/a变换）尽量靠近天线。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件更新改变硬件配置结构，实现新的功能。软件无线电采用标准的、高性能的开放式总线结构，以利于硬件模块的不断升级和扩展。
软件无线电的基本思想是将数字化处理单元尽可能靠近天线，同时系统各种功能在一个开放性、模块化的通用硬件平台上尽可能由软件定义。它是一种以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线通信体系结构。
关键词。软件无线电，数字信号处理，信道发射，多相滤波，matlab
正文。一、软件无线电的概况。
软件无线电（software radio）在一个开放的公共硬件平台上利用不同可编程的软件方法实现所需要的无线电系统。简称swr。理想的软件无线电应当是一种全部可软件编程的无线电，并以无线电平台具有最大的灵活性为特征。
全部可编程包括可编程射频（rf）波段、信道接入方式和信道调制。
一般说来，swr就是宽带模数及数模变换器（a/d及d/a）、大量专用/通用处理器、数字信号处理器（digital signal proicesser，dsp）构成尽可能靠近射频天线的一个硬件平台。在硬件平台上尽量利用软件技术来实现无线电的各种功能模块并将功能模块按需要组合成无线电系统。例如：
利用宽带模数变换器（analog digital converter，adc），通过可编程数字滤波器对信道进行分离；利用数字信号处理技术在数字信号处理器（dsp）上通过软件编程实现频段（如短波、超短波等）的选择，完成信息的抽样、量化、编码/解码、运算处理和变换，实现不同的信道调制方式及选择（如调幅、调频、单边带、跳频和扩频等），实现不同的保密结构、网络协议和控制终端功能等。
在目前的条件下可实现的软件无线电，称做软件定义的无线电（software defined radio，sdr）。sdr被认为仅具有中频可编程数字接入能力。
发展历史无线电的技术演化过程是：由模拟电路发展到数字电路；由分立器件发展到集成器件；由小规模集成到超大规模集成器件；由固定集成器件到可编程器件；由单模式、单波段、单功能发展到多模式、多波段、多功能；由各自独立的专用硬件的实现发展到利用通用的硬件平台和个性的编程软件的实现。
20世纪70～80年代，无线电由模拟向数字全面发展，从无编程向可编程发展，由少可编程向中等可编程发展，出现了可编程数字无线电（pdr）。由于无线电系统，特别是移动通信系统的领域的扩大和技术复杂度的不断提高，投入的成本越来越大，硬件系统也越来越庞大。为了克服技术复杂度带来的问题和满足应用多样性的需求，特别是军事通信对宽带技术的需求，提出在通用硬件基础上利用不同软件编程的方法。
20世纪80年代初开始的软件无线电的革命，将把无线电的功能和业务从硬件的束缚中解放出来。
2023年5月在美国通信系统会议上，jeseph mitola（约瑟夫·米托拉）首次提出了“软件无线电”（software radio，swr）的概念。2023年ieee通信杂志（communication magazine）出版了软件无线电专集。当时，涉及软件无线电的计划有军用的speakeasy（易通话），以及为第三代移动通信（3g）开发基于软件的空中接口计划，即灵活可互操作无线电系统与技术（first）。
功能模型软件无线电的功能模型如图1所示。它将无线电的功能划分为信道集、信道编/解码、信息安全、服务与网络支持、信源编/解码和信源集。其中，信道集包括：
rf信道、同时性、多波段传播、有线互操作性以及为了控**务质量（qos）自动采用多信道（或模式）。服务和网络支持包括：多路复用，建立与控制，数据服务和网络互连（有线及互连网标准，包括移动性）。
联合控制包括：联合信源/信道编码，动态qos与本地控制，处理资源管理（综合用户和网络接口，多用户、多波段、多模式能力）。多个性即多波段、多模式、灵巧服务以及与传统模式的互操作。
sdr的个性包括：射频（rf）波段、信道集（例如控制和业务信道）、空中接口波形及有关功能。演进支持功能可以支持软件及无线电平台的演进。
二、基于软件无线电技术的应用原理与理论。
软件无线电的核心思想是对天线感应的射频模拟信号尽可能地直接进行数字化，将其变换为适合于数字信号处理器(dsp)或计算机处理的数据流，然后通过软件(算法)来完成各种功能，使其具有更好的可扩展性和应用环境适应性。所以软件无线电首先面临的问题就是如何对工作频带内的信号进行数字化，也就是如何对所感兴趣的模拟信号进行采样？采样速率应该取多大？
软件无线电中的采样有些什么特殊性？
2.1基本采样理论一nyquist采样定理
nyquist采样定理：设有一个频率带限信号x(t)，其频带限制在(0, )内，如果以不小于 = 2 的采样速率对x(t)进行等间隔采样，得到时间离散的采样信号为x(n) =x(n )(其中 =1/ 称为采样间隔)，则原信号x(t)将被所得到的采样值x(n)完全地确定。
上述nyquist采样定理告诉我们，如果以不低于信号最高频率两倍的采样速率对带限信号进行采样，那么所得到的离散采样值就能准确地确定原信号。下面将简单推导用离散采样值x(n)表示带限信号x(t)的数学表达式。
引入单位冲激函数 ，构成周期冲激函数 ：
根据函数的性质：
式中， 为在原点连续的任意信号，并把用傅立叶级数展开可得：
式中，代入式(2-3 )可得：
所以对用采样率进行抽样后得到抽样信号可表示为：
设的傅立叶变换为 ，则根据傅立叶变换的性质：
的傅立叶变换可表示为：
式中， =由此可见，抽样信号的频谱为原信号频谱之频移后的多个叠加。采样定理为模拟信号的数字化奠定了理论基础。
2.2带通信号采样理论
nyquist采样定理只讨论了其频谱分布在(0, )上的基带信号的采样问题，如果信号的频率分布在某一有限的频带( ,上时，那么该如何对其采样呢？当然，根据nyquist采样定理，仍然可以按 2 的采样速率来进行采样。但是当 b= -时，也就是当信号的最高频率八远远大于其信号带宽b时，则其采样频率会很高，以致很难实现，或者后续处理的速度也满足不了要求。
带通采样理论可以很好的解决这个问题。
带通采样定理：设一个频率带限信号 ，其频带限制在( ,内，如果其采样速率满足：
式中，。取能满足 2( -的最大正整数(0,1,2, )用进行等间隔采样所得到的信号采样值能准确的确定原信号 。在实际的传输系统中，由于多普勒频移会造成载波在一定范围内波动。
带通采样虽然能极大地降低采样速率，但它易受载波和采样频率变化的影响，为此，进行系统设计时必须考虑载波和采样率不稳定对系统的影响。本文中对这一内容没有深入讨论，暂不考虑多普勒频移和采样率波动对系统的影响。
式(2-9)用带通信号的中心频率和频带宽度b也可以表示为：
式中， =2， n取能满足关 2b （b为频带宽度)的最大正整数。
当 = 2、b= 时，取n=0，式(2-10)就是nyquist采样定理，即满足 =2 。由式(2-10)可见，当频带宽度b一定时，为了能用最低采样频率即两倍频带宽度速率( =2b)对带通信号进行采样，带通信号的中心频率必须满足：
= b (2-11)
也即信号的最高(或最低)频率是带宽的整数倍，也就是说任何一个中心频率为 =(n=0,1,2, )带宽为b的带通信号均可以用同样的采样频率 =2b对信号进行采样，这些采样均能准确地表示位于不同频段(中心频率不同)的原始信号 ,
上述带通采样定理适用的前提条件是：只允许在其中的一个频带上存在信号(带宽b不仅只限于某一信号的带宽，单从对模拟信号的采样数字化来讲，这里的b应理解为处理带宽，也就是说在这一处理带宽内可以同时存在多个信号，而不只限于一个信号)，而不允许在不同的频带上同时存在信号，否则将会引起信号混叠。为满足这个前提条件，可以采用跟踪滤波器的办法来解决，即在采样前先进行滤波，如图2.
1所示。也就是当需要对某一个中心频率的带通信号进行采样时，就先把跟踪滤波器调到与之对应的中心频率上，滤出所感兴趣的带通信号 ，然后再进行采样。
shape \*mergeformat 图2.1带通信号的采样。
带通采样的结果是把位于（nb,(n+1)b）(n=0,1,2, )不同频带上的信号都用位于(0, b)上相同的基带信号频谱来表示，但要注意的是这种表示在n为奇数时，其频率对应关系是相对中心频率“反折”的，即奇数通带上的高频分量对应基带上的低频分量，奇数通带上的低频分量对应基带上的高频分量。而偶数频带与采样后的数字基带谱是高、低频率分量一一对应的。这种奇、偶频带有别的频率对应关系在带通信号采样定理实际应用时是需要特别注意的。
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