张翠连毕设 开题报告.doc

南华大学本科生毕业设计（论文）开题报告设计题目基于软件无线电的数字无线通信系统的研究设计题目来源自选课题设计题目类型工程设计起止时间2011.11.102012.06.10论文一、依据及研究意义 无线电(Software Radio) 这个术语,最早是美军为了解决海湾战争中,多国部队各军兵种进行联合作战时,所遇到的互联互通互操作(简称“三互”) 问题而提出来的。以往美军的军事通信装备无论是工作频段、通信体制、信息传输格式等方面, 在陆、海、空三军都是各自为政, 互不兼容. 导致在联合作战时各军兵种间无法进行快速沟通、互传信息情报,结果仅是名义上的联合作战, 而实际上只是各军兵种的简单参战, 形成不了真正意义上的“联合”作战.就工作频段而言, 陆军主要工作在30MHz 88MHz,空军主要工作在108MHz 176MHz, 而海军和海航在225 400MHz 以及三军共用的短波2MHz 30MHz频段. 陆、海、空三军上述频段的简单划分, 虽然解决了三军间的相互干扰问题, 但三军联合作战时互联、互通、互操作问题显然难于解决. 通过海湾战争, 充分暴露了军事通信互通性差、反应速度慢、带宽太窄、速率太低等一系列影响联合作战的关键技术问题.军用电台一般是根据某种特定用途设计的，功能单一。 有些电台基本结构相似，但其信号特点差异很大，例如工作频段、调制方式、波形结构、通信协议、编码方式或加密方式不同。这些差异极大地限制了不同电台之间的互通性，给协同作战带来困难。同样，民用通信也存在互通性问题，如现有移动通信系统的制式、频率各不相同，不能互通和兼容，给人们从事跨国经商、旅游等活动带来极大不便。为解决无线通信的互通性问题，各国军方进行了积极探索。1992年5月，在美国通信体系会议上，MITRE公司的JoeMitola首次明确提出软件无线电的概念。 推动软件无线电发展的关键技术及要求(1) 宽带天线技术一要求天线能够覆盖所有的无线频段; 在软件无线电硬件结构中，为了使工作频率范围应尽可能地覆盖2一2000MHz，天线就应该能覆盖它的10倍频程。提高天线的增益通常采用智能天线，它是数字多波束形成技术和数字信号处理技术的结合，通过在基站使用自适应的天线阵，运用可靠的自适应算法，达到提高信噪比和增大系统容量的目的。所以，利用智能天线技术可以减少接收到的多径信号的数量，降低衰落，特别适合于软件无线电对宽频带天线技术的要求。(2) 带射频前端技术一要求射频前端能够在很宽的频带内有很高的线性增益;理想的软件无线电要具有覆盖全波段的能力，因此其射频前端必须能够在很宽的工作频带内产生较好的线性增益，从而保证送到模数转换器的信号具有很好的信噪比。目前RF器件的水平还只能支持20%左右的带宽，故在现有的软件无线电系统中采用的技术方案是使用一组孙模块覆盖整个频段。随着宽频段合成技术、低噪声高性能半导体工艺技术的成熟，将出现非常灵活的RF模块，例如，高度小型化的多频段多模式(MBM/M)RF芯片已于2003年投入生产，另一方面，超导RF技术也有助于实现多频段/多模式前端所需的性能，这两种技术目前正成为射频前端的主流技术。(3) 模模数变换技术一要求有很高的转换速率及很大的工作带宽和动态范围; 无线电要求模数转换器件和数模转换器件尽可能地靠近射频，在射频前端进行采样数字化。依据奈奎斯特抽样定理，ADC的抽样频率应该满足:sf左mfx(amfa、是被抽样信号的最大频率)，而在实际系统中要采用“过采样”来克服频谱混叠现象。一般要求采样频率满足:sf左.smfax，而且采样信号动态范围不小于80dB，采样精度不低12位，所以对0.12000MHz的射频信号进行抽样时就需要至少SGHz的抽样频率。受硬件发展水平的限制，目前无法达到如此高的采样频率，以及对采样精度和动态范围的要求，它是软件无线电实现的一个主要的瓶颈。为了降低采样频率通常采用两种方法，采用射频带通采样和中频采样，或者用多个刀D进行并联采样。随着户JD水平的发展，最终满足软件无线电要求的模数转换器必将推动软件无线电的全面应用。(4) 字信号处理技术一要求有高速、高精度的处理能力; 信号处理是整个软件无线电系统的核心，主要完成数据处理、调制解调和编码解码等工作。要对这些数字信号进行实时、准确地处理，对DSP的运算速度、运算能力、数据存储容量、数据吞吐速率都要求非常高。理想软件无线电的A/D送入DSP模块的数据就高达几干兆比特每秒，对这么快的数据流单单完成滤波、变频等处理现有DSP器件就无法实现的，更谈不上扩频自适应等通信功能。因此，数字信号处理技术是制约软件无线电发展另一个主要瓶颈。(5) 线技术一要求具有良好的开放性; 无线电的开放性决定其硬件必将采用总线结构，便于系统的升级和更新。现有工业控制总线有SIA、PCI、EISA、VESA和VME等总线标准，其中SIA总线和VME总线在目前的数字信号处理和工业控制中用得较多，而VME总线比sIA总线更有优势。sIA总线的数据为16位，地址总线为24位，地址空间16MB，其总线带宽仅有几兆赫。而VME总线数据宽度为32位，地址线共有32位，地址空间有4GB，总线带宽为几十兆赫。另外VME总线结构支持多机并行处理，支持多个不同CPU之间的协调工作、共享系统资源，而slA总线是单处理器系统总线，处理调度能力较低，所以VME总线是短波软件无线电的首选总线。(6) 件技术一要求有良好的扩展性和通用性; 无线电作为一种新的通信体制，最大特点是通信功能的软件化，所以软件技术是其最重要的技术之一。软件无线电的软件技术主要包括:实现各种通信功能的软件模块和软件无线电的标准和协议。一方面，由于软件无线电的核心是数字信号处理，所以它改变了以往依靠硬件电路实现特定通信功能的设计方法，而是通过对数字信号处理器件进行编程，把要实现的通信功能算法以软件的形式下载到可编程器件中，实现所需通信功能。在后续的工作中只要下载新的算法软件或对算法进行修改，就可以完成通信功能的升级、实现不同功能的转换。另一方面，和硬件模块化一样，软件无线电还需要软件模块化。如果缺乏标准的应用级的软件到软件的应用编程接口(API)，则软件重用度低，花费大，研制周期长，因此需要把软件按功能分成有清楚接口定义的模块。在国外，面向对象管理集团(OMG)提出了一种基于公共对象请求代理体系结构(ConoobjeetRequestBorkerArchiteeurte，CoRBA)的软件协议和标准。这种技术的核心内容就是提供了一种标准的、开放的“软总线”结构，而且能够无缝地共享应用数据。类似于硬件总线，软件无线电的每一个软件包都提供了一个信息传输接口到ORB(对象请求代理)，被确定数量的对象用CORBA接口来实现即插即用P(utg&Plya)，发挥其开放性的特点。在软件无线电以上的几个关键技术中，宽带A/D、DA/变换技术和数字信号处理技术是其核心内容，并直接决定着软件无线电的性能、结构和发展，它们主要受到现代芯片工艺的限制。随着大规模集成电路的发展，它们必将推动软件无线电不断向着理想的方向发展。通过运行不同的算法，软件无线电可以实时地配置信号波形，使其能够提供各种语音编码、信道调制、载波频率、加密算法等无线电通信业务。软件无线电突破了传统电台以硬件为核心的设计模式，将宽带A/D 转换器尽可能靠近射频天线，尽可能早地将接收到的模拟信号转化为数字信号，在通用的硬件平台上最大程度地通过软件来实现不同的通信方式。软件无线电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，突破了传统的无线电台以功能单一、可扩展性差的硬件为核心的设计局限性，强调以可编程的硬件作为通用平台，尽量地用可升级、可重配置的软件来实现各种无线电功能的设计新思路。二、论文主要设计的内容、预期目标：主要内容：（1）熟悉理解软件无线电的基本概念（2）熟悉掌握操作软件无线电的模块化结构及其硬件设备（3）掌握软件无线电的基本原理、关键技术（4）掌握软件无线电中使用FPGA的数字上下变频的过程（5）掌握在软件无线电中正交振幅调制技术及其解调预期目标： 完成软件无线电概念及其硬件设备的理解，对软件无线电的关键技术有足够的了解，熟悉掌握在软件无线电中数字上下变频的过程、正交振幅调制技术及其解调。三、设计的研究重点及难点：该设计包括软件无线电的现状及发展情况的分析，其中主要是软件无线电操作硬件平台的研究。 对软件无线电的技术问题进行了分析，难点在于技术的基本原理与其操作实现过程。四、设计研究方法及步骤（进度安排）：设计首先查找有关软件无线电的相关资料，确定选择基本技术的实现，并确定整体方案设计。熟悉并掌握其基本概念、模块结构、基本原理，熟悉软件无线电的硬件平台。利用软件无线电的硬件结构对软件无线电中数字上下变频的过程、基带线性载波调制技术及其解调这些技术进行动手实验来实现。进度安排：1、2009.11.102009.11.20：查找并阅读软件无线电无线通信相关资料，详细阅读有关软件无线电的基本知识2、2009.11.212009.11.30： 了解软件无线电的基本原理、基本技术3、2009.12.012009.12.10：提出系统的整本方案设计4、2009.12.112009.12.25：根据系统的整体方案提交开题报告 5、2009.12.262010.01.10：仔细分析软件无线电的模块结构及其工作原理6、2010.03.012010.03.10：熟悉软件无线电的硬件设备7、2010.03.112010.03.30：完成数字下变频过程8、2010.04.012010.04.10：完成正交振幅调制技术及其解调过程10、2010.04.112010.04.20：进一步完善设计11、2010.04.212010.05.10：撰写论文12、2010.05.112010.05.20：第一次初稿审查；13、2010.05.212010.05.30：第二次分稿审定；14、2010.06.012010.06.10：答辩。五、进行设计（论文）所需条件：1、 软件无线电原理的理解；2、 软件无线电的调制解调技术知识需要；3、 软件无线电设备需要。六、参考文献：1 王彦，曹鹏等. 软件无线电技术发展综述. J.测控技术, 2004，（23）: 1391402 查光明，倪成凯等. 软件无线电的兴起、特点及其关键技术. J.云南民族大学学报, 2003， 3 邬正义，范瑜等. 现代无线通信技术M. 北京：高等教育出版社，20064 粟欣，许希斌. 软件无线电原理与技术 人民邮电出版社，2010.5邱永红，朱勤 基于软件通信体系结