第一讲软件无线电技术基础

1、第一讲：软件无线电技术基础 主讲人：王坚主讲人：王坚1、通信是人类文明和进步的推动力、通信是人类文明和进步的推动力 200年以前现代文明还未启动，人类已经进行大年以前现代文明还未启动，人类已经进行大 量远距离通信的探索，看看远古的烽火台吧！量远距离通信的探索，看看远古的烽火台吧！2、无线电的诞生、无线电的诞生Benjamin Franklin (1706-1790)Alexander Graham BellJ. C. Maxwell (1831-1879)GuglielmoMarconin广播与电视（广播与电视（DAB/DVB等）等）n军用电台（包括海军用电台（包括海/陆陆/空三军专用电台、海

2、基空三军专用电台、海基电台、陆航电台等）电台、陆航电台等）n无线对讲机终端和基站（无线对讲机终端和基站（“沙漠风暴沙漠风暴”行动使行动使用用35000部对讲机和集群手机）部对讲机和集群手机）n移动通信终端和基站（民用）移动通信终端和基站（民用）n数据链终端和基站（数据链终端和基站（LINK4/11/16/22，卫星链，卫星链路，路，VDL1/2/4等）等）n雷达系统雷达系统 n“沙漠风暴沙漠风暴”行动和格林纳达冲突，美军各种通行动和格林纳达冲突，美军各种通信设备的不兼容性暴露无疑，不得不借助许多额信设备的不兼容性暴露无疑，不得不借助许多额外的无线电台，才能保障高效的通信联络。外的无线电台，才能

3、保障高效的通信联络。n矛盾的核心：矛盾的核心：nJoseph Mitola提出的软件无线电概念的中心思提出的软件无线电概念的中心思想是：想是： n技术数字化技术数字化n平台通用化平台通用化n功能虚拟化功能虚拟化n结构总线化模块化结构总线化模块化n控制网络化控制网络化n体系标准化体系标准化n半导体技术发展是高速、高精度半导体技术发展是高速、高精度AD成为可能：成为可能：nAD转换频率达到数十转换频率达到数十GHz；n数字化的系统优势数字化的系统优势n系统的程控能力系统的程控能力n可大大提高精度可大大提高精度n便于大规模集成便于大规模集成n可靠性和可重复性可靠性和可重复性n虚拟特性与升级虚拟特性与

4、升级n特殊应用：有些应用只有数字系统才能实现特殊应用：有些应用只有数字系统才能实现n电子产品的通用结构电子产品的通用结构n高速高速ADC/DAC + DSP + FPGAn高速高速ADC/DAC完成数字化处理完成数字化处理nFPGA完成数字前端的高数据速率的实时处理，实完成数字前端的高数据速率的实时处理，实现各信道的信息提取，以及降低数据率的变采样现各信道的信息提取，以及降低数据率的变采样信号处理信号处理nDSP完成特定信道的信息处理，提取业务信息，实完成特定信道的信息处理，提取业务信息，实现无线电功能。现无线电功能。DSPFPGAARMRFADDA信号接收信号接收发送接口发送接口JTAG仿真

5、端口仿真端口功功能能扩扩展展接接口口n采用通用结构，功能软件定义！采用通用结构，功能软件定义！n虚拟化的概念：如虚拟仪器虚拟化的概念：如虚拟仪器 ？n功能虚拟化的发展带来功能虚拟化的发展带来 软件化的转变软件化的转变n模拟电台向软件定义的数字电台、软件编程电模拟电台向软件定义的数字电台、软件编程电台、软件定义电台转化；台、软件定义电台转化；n软件无线电结构体现两大特点：软件无线电结构体现两大特点：n采用开放式、标准总线结构（包括串行、并行、采用开放式、标准总线结构（包括串行、并行、网络通信架构等）网络通信架构等）n采用模块化划分和实现功能，功能定义标准化、采用模块化划分和实现功能，功能定义标准

6、化、结构结构/尺寸尺寸/电气接口规范化，来保障功能模块电气接口规范化，来保障功能模块开发的开放性与可移植性开发的开放性与可移植性 n数字化技术能大大提升系统精度、可靠性，改善数字化技术能大大提升系统精度、可靠性，改善抗干扰能力，带来了电台数字化的革命抗干扰能力，带来了电台数字化的革命n数字化电台（数字化电台（Digital Radio）的特征：）的特征：n数字方式实现模拟功能目的是提高可靠性、数字方式实现模拟功能目的是提高可靠性、精度等精度等n一般采用视频数字化（基带低频采样）一般采用视频数字化（基带低频采样）n针对特定功能设计数字方案，是一种特定实现，针对特定

7、功能设计数字方案，是一种特定实现，没有灵活性，单实现的效率高没有灵活性，单实现的效率高移动通信中软件无线电结构发展移动通信中软件无线电结构发展 n模拟时代到数字时代模拟时代到数字时代DR基于基于DR思想：单模式思想：单模式/单波段，基带采样单波段，基带采样收收/发发开关开关射频射频处理处理下下变频变频中频中频处理处理下下变频变频基带基带数字化处理数字化处理I/O 基带基带ADCFPGA/DSP处理处理DAC转换转换键盘键盘/麦克风麦克风/扬声器扬声器/显示器等显示器等2、一般的软件编程无线电、一般的软件编程无线电SPR概念概念 n一般软件编程无线电一般软件编程无线电 (SPR) 的定义：使用软

8、件的定义：使用软件技术来处理数字化的无线电信号技术来处理数字化的无线电信号nSPR (Software Programming Radio) 特征：特征：n核心的无线电硬件平台是计算平台，如核心的无线电硬件平台是计算平台，如通用可编程通用可编程DSP或或CPU等等n一般采用中频数字化（一般采用中频数字化（IF带通采样技术）带通采样技术）n软件来定义功能，包括信源处理、信道处理、软件来定义功能，包括信源处理、信道处理、调制解调等调制解调等收收/发发开关开关中频中频处理处理下下变频变频基带数字化基带数字化/模拟处理模拟处理I/O 中频中频ADCDSP处理处理数字数字TDMA高速高速DAC射频射频处

9、理处理下下变频变频射频射频处理处理下下变频变频射频射频处理处理下下变频变频射频射频处理处理下下变频变频RF:869894MHzRF:19301990MHzRF:18051880MHzRF:935960MHz下变频下变频DSP处理处理数字数字GSM数字处理数字处理CDMA键盘键盘/麦克风麦克风/扬声器扬声器/显示器等显示器等四波段四波段四模式四模式移动通信中软件无线电结构发展移动通信中软件无线电结构发展 n软件定义无线电软件定义无线电 (SDR) 的定义：其数字化是在天的定义：其数字化是在天线端（或者非常接近）进行，无线电所需要的所线端（或者非常接近）进行，无线电所需要的所有处理通过驻留在高速数

10、字信号处理单元中的软有处理通过驻留在高速数字信号处理单元中的软件来实现理想的软件无线电件来实现理想的软件无线电nSDR (Software Defined Radio) 的特征：的特征：n数字化是在天线端（或者非常接近）进行数字化是在天线端（或者非常接近）进行n大动态范围大动态范围n多波段多波段n多模式多模式n软件不仅定义处理功能，也定义结构、模式和波段软件不仅定义处理功能，也定义结构、模式和波段3、SPR向软件定义无线电向软件定义无线电SR转换转换收收/发发开关开关中频中频处理处理I/O 中频中频ADC软件定义软件定义无线电无线电处理引擎处理引擎高速高速DAC射频射频处理处理下下变频变频射频

11、射频处理处理下下变频变频射频射频处理处理下下变频变频射频射频处理处理下下变频变频RF:869894MHzRF:19301990MHzRF:18051880MHzRF:935960MHz键盘键盘/麦克风麦克风/扬声器扬声器/显示器等显示器等移动通信中软件无线电结构发展移动通信中软件无线电结构发展 n自适应智能软件无线电自适应智能软件无线电 ( AI-SR ) 的定义：具有自的定义：具有自适应能力，以达到提高性能和适应能力，以达到提高性能和/或频谱利用率的软或频谱利用率的软件无线电件无线电nAI (Adaptive intelligence) -SR 的特征：的特征：n基于对周围无线环境的感知交互

12、作用，而自动基于对周围无线环境的感知交互作用，而自动改变发送和接收参数。改变发送和接收参数。n通过分析外部环境提供的激励来认识它通信任通过分析外部环境提供的激励来认识它通信任务的内容，通过对接收和发送的多媒体内容进务的内容，通过对接收和发送的多媒体内容进行分析，选择适当的解决方式行分析，选择适当的解决方式认知性认知性n软件无线电模式、能力和参数的自适应修改软件无线电模式、能力和参数的自适应修改动态配置动态配置4、自适应智能软件无线电、自适应智能软件无线电AI-SR 移动通信中软件无线电结构发展移动通信中软件无线电结构发展 收收/发发开关开关I/O 超高频超高频宽带宽带ADC软件定义软件定义无线电无线电处理引擎处理引擎超高速超高速多路多路DAC智能智能宽带宽带RF前端前端RF:869894MHzRF:19301990MHzRF:18051