1 软件无线电的思想:构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台,将各种功能,如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成,并使a/d和d/a转换器尽可能靠近天线,以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统 (1)很强的灵活性 (2)较强的开放性。
2 软件无线电的概念: 软件无线电是最近几年提出的一种实现无线通信新的体系结构,其基本概念是把硬件作为无线通信的基本平台,而把尽可能多的无线及个人通信功能用软件实现。 它的核心是:
将宽带a/d和d/a变换器尽可能地靠近天线,而电台功能尽可能地采用软件进行定义。这样,无线通信系统具有很好的通用性,灵活性,使系统互联和升级变得非常方便。 第一:
全数字化。将宽带a/d和d/a向射频(rf)端靠近,由基带移至中频,甚至射频;不仅在基带数字化,而且要在中频甚至射频数字化;不仅接收机数字化,发射机也要数字化;第二:把硬件平台作为无线电通信的基本平台,而尽可能多的通信功能用软件实现,通信体制用软件定义,故软件无线电也称软件定义无线电(sdr);第三:
软件无线电不仅是一种实现方法,更代表了一种新型的体制和开放的、可扩展的、模块化的软硬件平台体系结构,实现多频段、多模式、多业务、多个性。
3 为什么说其是通信领域的第三次革命:软件无线电成为继模拟通信到数字通信和固定通信到移动通信之后的无线通信领域的第三次突破。 模拟——数字固定——移动硬件——软件。
软件无线电的出现使调制解调、编码译码、信令规则与处理、信道选择、天线波束形成等都由数字信号处理来实现,无线电有一个统一的外壳,其核心是各种灵活的算法和软件。
4 软件无线电的基本框图:
5 软件无线电与数字无线电的区别。
i)结构上:将a/d和d/a向rf端靠近,由基带移到中频,对整个系统频带进行采样。 用高速的dsp/cpu代替传统的专用数字电路与低速dsp/cpu做a/d后的一系列处理。
ii)发展上:这主要是因为a/d、d/a的移向rf端只是为软件无线电的实现提供了必不可少的条件,而真正关键的步骤是采用通用的可编程能力强的器件(dsp、 cpu等) 代替专用的数字电路。由此带来的一系列好处才是软件无线电的真正目的所在。
软件无线电的最终目的就是要使通信系统摆脱硬件系统结构的束缚。在系统结构相对通用和稳定的情况下,通过软件实现各种功能,使得系统的改进和升级非常方便又代价很小,且不同的系统之间能够互联和兼容。
而数字无线电的进一步发展并不能做到这一点,它只能导致对硬件和系统结构更多的依赖。
6 软件无线电的发展限制因素:
(i) 软件无线电提出的时间比较短。
(ii) 硬件发展水平的限制是其中的最主要因素。
(iii)目前对软件无线电的研究工作还处于起步阶段,各研究机构相对独立,交流很少。待研究的问题很多,从不同的出发点和侧重面,得出的结论也各不相同。
(iv)传统的通信系统的体系结构也在很大程度上影响着目前的软件无线电的体制研究。
7 软件无线电的特点:
(i) 很强的灵活性。
软件无线电可以通过增加软件模块,很容易地增加新的功能。
它可以与其它任何电台进行通信,并可以作为其它电台的射频中继。可以通过无线加载来改变软件模块或更新软件。
为了减少开支,可以根据所需功能的强弱,取舍选用的软件模块。
(ii) 具有较强的开放性。
软件无线电由于采用了标准化、模块化的结构,其硬件可以随着器件和技术的发展而更新或扩展。
软件也可以随需要而不断升级。
软件无线电不仅能和新体制电台通信,还能与旧式体制电台相兼容。这样,既延长了旧体制电台的使用寿命,也保证了软件无线电本身有很长的生命周期。
8 软件无线电的优势:
a 软件无线电这一新概念一经提出,就得到了全世界无线电领域的广泛关注。
b 由于软件无线电所具有的灵活性、开放性等特点,使得软件无线电不仅在军民无线通信中获得了应用,而且将在其它领域比如电子战、雷达、信息化家电等领域得到推广,这将极大促进软件无线电技术及其相关产业(集成电路)的迅速发展
c 使用sdr概念来设计和实现下一代的无线通信系统和设备,与传统的产品和设备相比较,具有明显的优势。
d 它将使得从技术研究开发,到设备制造商、电信运营商,再到每个无线通信最终用户都受益。
e 为技术和产品的研究开发提供一个新概念和通用无线通信平台,大大降低了开发成本和周期
f 为设备制造商降低投资风险,提高经济效益
g 为运营商降低投资风险
h 为最终用户提供了一个通用的终端设备平台
9 研究内容:数字化中频(射频)技术。基于信号空间映射的多模式调制解调。
全数字化和信道估计与检测。自适应波束形成与智能天线。 软件无线电的体系结构。
软件无线电应用技术研究。
10 信号采样的目的:对由天线感应的射频模拟信号尽可能地直接进行数字化,将其变换成适合数字信号处理器(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。
11 抽样定理:一个频带限制在fm赫以内的时间连续的函数f(t),如果以ts≤1/2fm的等间隔时间抽样,则所得的样值可以完全的确定原信号f(t).
12 采样:理想的采样(低通、带通)对抗混迭滤波器提出了严格的,通常是不可能实现的要求(过渡带、阻带衰减、相位失真).为缓解对抗混迭滤波器的要求,可以适当提高采样率,即使用“过采样”的方法。
过采样:采样率大于nyquist采样率(低通).过采样的采样信号频谱重复周期增大,信号最高频率和1/2采样频率之间有一个缓冲带,可降低抗混迭滤波器过渡带陡度的要求。
代价:需要速度更快的adc对较低频率信号采样;数据吞吐量增大;后继处理难度加大。
13 软件无线电对采样的要求: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。功能的软件化的实现方法势必减少功能单。
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,通过软件的更新改变硬件的配置结构,实现新的功能。
14 软件无线电的基本采样结构:
i) 射频低通采样数字化结构:这种结构的软件无线电,结构简洁,把模拟电路的数量减少到最低程度。从天线进来的信号经过滤波放大后就由a/d进行采样数字化。
对a/d转换器的性能如转换速率、工作带宽、动态范围等提出了非常高的要求,对后续dsp或asic(专用集成电路)的处理速度要求也特别的高,因为射频低通采样所需的采样速率至少是射频工作带宽的两倍。
ii)射频带通采样数字化结构:ad前采用了带宽相对较窄的电调滤波器,然后根据所需的处理带宽进行带通采样。这样对ad的采样速率的要求就不高了,对后续dsp的处理速度要求也可以随之大大降低。
需要指出的是,这种射频带通采样软件无线电结构对a/d工作带宽的要求(实际上主要是对ad中采样保持器的速度要求)仍然还是比较高的
iii)宽带中频带通采样数字化结构:宽带中频带通采样结构的软件无线电结构与目前的中频数字化接收机的结构是类似的,都采用了多次混频体制或叫超外差体制。这种宽带中频带通采样软件无线电结构的主要特点是中频带宽更宽(比如20mhz),所有调制解调等功能全部由软件加以实现。
中频带宽更宽是这种软件无线电与普通超外差中频数字化接收机的本质区别
抽取导致频谱扩散(故提高了频域分辨率)故抽取之前要先滤波。内插导致频谱压缩(故提高了时域分辨率)。当进行分数倍变换时,一定是先内插,因为先抽取会导致频谱混叠,使信号失真。
5 数字滤波的基本方式:
实现取样率变换(抽取或内插)的关键问题是如何实现抽取前或内插后的数字滤波。
fir、iir:fir相对于iir滤波器有许多独特的优越性,如线性相位、稳定性等,而且设计方法相对成熟,方法较多。
fir滤波器的常规设计方法:窗函数法、最佳滤波器设计。
半带滤波器、积分梳妆(cic)滤波器。
16 直接中频采样数字i/q解调法。
单通道模型:
虚线部分称数字下变频(ddc),ddc将直接中频采样信号与正交本地数控振荡器(nco)相乘实现数字混频,nco的频率为所需通道的中心频率,使信号的中心频率移至零频,信号由中频变换到基带,并作低通滤波和抽取,从而实现对实值带通信号的复包络正交采样。
因宽带adc的采样率很高,必须进行抽取,使其采样率与带宽相适应。若信号为窄带信号,抽取率将非常大,应采用多级抽取,一般采用cic滤波器与半带滤波器级联。若信号为宽带信号(大于ddc输入带宽的10%),抽取率<10,可采用1~3级半带滤波器。
多通道模型:在fdm场合,存在多个窄带通道,宽带adc将对这多个通道的叠加信号进行直接中频采样,若要求形成各个通道的i/q信号,除数字混频外,还要作数字通道选择(带通滤波)
采用多个ddc,每个ddc对应一个窄带通道的中心频率。
采用离散傅立叶变换滤波器组,与多个ddc法比,计算量和复杂度将大为降低。
17 模拟滤波与数字滤波的比较:
与模拟i/q正交解调相比,数字i/q不仅省掉了一个adc,更为重要的是没有零漂的影响,两个支路的乘法器、滤波器性能也可做得完全一致,因此提高了镜像抑制比,而且数字滤波器实现的性能指标也将高于模拟滤波器。
模拟滤波器的优点是小型、功耗低,但对元件参数的变化太敏感。数字滤波器可实现很好的线性相位,非常高的阻带衰减以及非常低的通带纹波,滤波器的响应可编程或自适应。
由于采样和采样率变换本身可视为一个调制过程,得到的数字序列的频谱是原信号频谱在采样频率各次谐波频率上的重复,即采样具有内在的频谱搬移特性。
18 数字上变频:
duc将调制后的基带i、q信号变换到中频或射频。
duc一般由成形滤波器、内插滤波器、定时与载波nco、复调制乘法器组成。
通常duc 器件将调制与数字上变频结合在一起。hsp50215是典型的单片duc
19 调制解调:调制是把信源信息(调制信号)变换成适合信道传输的模拟波形(已调信号),解调则是从接收信号中恢复出传送的信号。调制解调是一种信号变换过程,即从一个信号空间到另一个信号空间的映射。
将已调信号表示成正交基函数的展开式,即已调信号可以用正交信号子空间中的矢量来表示,则根据调制方式确定调制信号到这些矢量的映射,就完成了调制过程。在没有噪声情况下,解调是一对一的逆映射,但在有噪声情况下,逆映射不能完成解调,必须引入空间距离的概念,根据调制映射关系,建立一对一的最优信号检测理论。
认知无线电到软件无线电
掌銮。武警石家庄士官学校。武。颖。摘要 认知无线电技术进一步扩展了软件无线电 的功能,成为解决频谱资源匮乏问题的有效方法。基于认知无线电在无线通信中的重要作用,介绍了认知无线电的概念,概述了认知无线电在民用和军用领域的应用情况,讨论了认知无线电涉及的关键技术,指出了开展认知无线电技术研究的重要意义 ...
软件无线电
4g软件无线电处理器体系结构研究。移动设备在以一个惊人的速度在全球范围内普及,现已成为人们生活中不可缺少的组成部分。目前世界范围内商用移动通信技术已经进入4g移动通信时代。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,通过加载模块化 标准化和通用化的软件,实现各种无线通信协议的一种...
软件无线电
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 2010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...