_1 第1章 软件无线电综述

1、专业专业基础基础类类必修必修课课40学时学时课程名称课程性质课程学时软件软件无线电无线电* * * * *实习实习毕业设计毕业设计*原理原理*导论导论软件软件无线电无线电导航原理导航原理 通信原理通信原理 数字信号处理数字信号处理信号与系统信号与系统 高频电子线路高频电子线路计算机程序设计计算机程序设计 大学计算机基础大学计算机基础综合实践类综合实践类专业方向类课程专业方向类课程专业基础类课程专业基础类课程基础课基础课1 1 软件无线电综述软件无线电综述2 2 软件无线电硬件结构软件无线电硬件结构3 软件无线电的软件架构及软件无线电的软件架构及 SCA4 信号的表示信号的表示5 采样与量化采样

2、与量化6 调制及调制及发射机发射机7 解调及解调及接收机接收机8 软件无线电天线软件无线电天线9 认知无线电认知无线电22266666440 学时学时课堂讲授层次推演式对比分析式问题链式自主学习发现问题分析问题解决问题实验练习编程能力工程实践感性认识感性认识理性思维理性思维实实 践践教材：教材：软件无线电原理软件无线电原理向向 新新 著著参考书：参考书：向向新新 主编主编陈祝明陈祝明 主编主编阎阎毅毅 贺鹏飞贺鹏飞 主编主编软件无线电的定义、特点软件无线电的定义、特点1软件无线电的发展历程软件无线电的发展历程2软件无线电的研究热点和难点软件无线电的研究热点和难点3教学教学内容内容教学目标教学目

3、标 掌握掌握软件无线电的定义、特点软件无线电的定义、特点 理解理解软件无线电与硬件无线电的区别软件无线电与硬件无线电的区别 了解了解软件无线电的起源和发展、研究热软件无线电的起源和发展、研究热 点和难点以及未来发展点和难点以及未来发展重点难点重点难点重点重点：软件无线电的定义、特点：软件无线电的定义、特点 难点难点：软件无线电的定义：软件无线电的定义 层层层层 质疑质疑教学思路与方法教学思路与方法“问题剖析式问题剖析式”教学法教学法 为什么提出软件无线电技术？为什么提出软件无线电技术？ 什么什么是软件无线电？是软件无线电？ 软件无线电的特点是什么？软件无线电的特点是什么？ 经历经历了哪些发展阶

4、段？了哪些发展阶段？ 研究研究热点和难点是什么？热点和难点是什么？James Clerk Maxwell1873年年 电磁辐射理论电磁辐射理论 Heinrich Hertz1887年年 电磁波的存在电磁波的存在 Guglielmo Marconi1901年年 无线电信息跨越大西洋无线电信息跨越大西洋 软件无线电软件无线电无线电无线电软件软件无线电：利用电磁波的空无线电：利用电磁波的空间传播实现信息的传输。间传播实现信息的传输。软件：是一系列按照特定软件：是一系列按照特定顺序组织的计算机数据和顺序组织的计算机数据和指令的集合。指令的集合。双双中频超外差式收发机结构中频超外差式收发机结构硬件无线电

5、硬件无线电软件无线电软件无线电硬件硬件射频部分射频部分调制解调部分调制解调部分编码解码部分编码解码部分射频部分射频部分软件软件框架框架信号处理信号处理调制解调部分调制解调部分编码解码部分编码解码部分框架、信号处理框架、信号处理功能改变功能改变改变硬件改变硬件软件定义软件定义数字数字无线电无线电可重配置可重配置技术技术软件无线电软件无线电模拟模拟无线电无线电硬件无线电硬件无线电1 9 9 2 年年 5 月 ， 美 国月 ， 美 国MITRE公司的公司的Joseph Mitola III首次明确提首次明确提出出“软件无线电软件无线电”的的概念。概念。Joseph Mitola III的软件无线电定

6、义的软件无线电定义 软件无线电是软件无线电是多频带多频带无线电，它具有宽带的无线电，它具有宽带的天线、射频转换、天线、射频转换、ADC/DAC，能够支持，能够支持多个多个空空中接口和协议，在理想状态下，中接口和协议，在理想状态下，所有方面所有方面（包括（包括物理空中接口）都可以通过软件定义。物理空中接口）都可以通过软件定义。 软件无线电是一种新型的无线软件无线电是一种新型的无线体系结构体系结构，它通，它通过硬件和软件的结合使无线网络和用户终端具有过硬件和软件的结合使无线网络和用户终端具有可可重配置重配置能力。能力。 软件软件无线电无线电提供一提供一种建立种建立多模式多模式、多频段多频段、多多功

7、能功能无线设备的有效而且相当经济的解决方案，无线设备的有效而且相当经济的解决方案，可可以以通过软件升级实现功能提高通过软件升级实现功能提高。相同的相同的硬件硬件可以通过可以通过软件定义软件定义完成完成不同的功能不同的功能。 它它可以使整个可以使整个系统系统（包括用户终端和网络）采用包括用户终端和网络）采用动态的软件编程动态的软件编程对对设备设备 特性特性重配置。重配置。多多频带频带多多模式模式多多功能功能三多三多特特 点点可可重重配置配置可可重重编程编程两重两重（1）采用）采用开放的开放的、标准化的标准化的、通用的通用的硬件平台；硬件平台；（2）宽带）宽带A/D、D/A 转换尽可能的转换尽可能

8、的靠近天线靠近天线；（3）用）用软件软件实现尽可能多的实现尽可能多的无线电功能无线电功能；（4）通过）通过软件软件实现系统功能的实现系统功能的设置与设置与升级升级。“波形（波形（waveform）”，传统上指在一个物理媒质，传统上指在一个物理媒质中运动的中运动的“波波”随时间或距离等变化的形状，或其随时间或距离等变化的形状，或其抽象表达。抽象表达。“波形波形”是指用于信息传输是指用于信息传输全过程的变换的集合全过程的变换的集合；（原始信息通过编码、调制、解调、译码等全过程（原始信息通过编码、调制、解调、译码等全过程所涉及的所有变换）。波形在这里可以等同为所涉及的所有变换）。波形在这里可以等同为

9、通信通信协议协议。软件的参与程度软件的参与程度数字硬件数字硬件无线电无线电软件控制软件控制无线电无线电软件定义软件定义无线电无线电理想软件理想软件无线电无线电终极软件终极软件无线电无线电第第0 0级级第第3 3级级第第2 2级级第第1 1级级第第4 4级级灵活性灵活性发展的发展的5个层次个层次软件的参与程度软件的参与程度发展的发展的5个层次个层次数字硬件数字硬件无线电无线电第第0 0级级固定固定波形波形硬件硬件控制控制系统系统控制控制无软件参与。系统不能做任何修无软件参与。系统不能做任何修改，系统操作由开关、拨号盘和改，系统操作由开关、拨号盘和按钮来完成。按钮来完成。软件的参与程度软件的参与程

10、度发展的发展的5个层次个层次软件控制软件控制无线电无线电第第1 1级级固定固定波形波形软件软件控制控制系统系统控制控制软件上实现了控制功能，但是在不软件上实现了控制功能，但是在不改变硬件的条件下，这些无线通信改变硬件的条件下，这些无线通信设备是不能改变像频带或调制方式设备是不能改变像频带或调制方式这样的特征参量。这样的特征参量。软件的参与程度软件的参与程度发展的发展的5个层次个层次软软件定义件定义无线电无线电第第2 2级级软件可定义、软件可定义、频率范围固定频率范围固定波形波形软件软件控制控制系统系统控制控制软件参与处理软件参与处理及及控制。使用软件控制。使用软件对调制、宽对调制、宽/ /窄带

11、、安全、波形产窄带、安全、波形产生和检测进行控制，但通常受到生和检测进行控制，但通常受到频率的约束。频率的约束。软件的参与程度软件的参与程度发展的发展的5个层次个层次理想软件理想软件无线电无线电第第3 3级级软件可定义、软件可定义、频率频率范围范围不限不限波形波形软件软件控制控制系统系统控制控制在接收端或发射端无需任何下变频或在接收端或发射端无需任何下变频或上变频转换，它完全可编程。这种上变频转换，它完全可编程。这种SDR将将RF前端的输出直接接入前端的输出直接接入ADC，然后进入到然后进入到DSP，消除了大部分的模，消除了大部分的模拟部件，从而降低了失真和噪声。拟部件，从而降低了失真和噪声。

12、军事应用军事应用软无软无概念最早概念最早起源于上个世起源于上个世纪纪70年代美军年代美军对对VLF频段多频段多模式无线电系模式无线电系统的开发。统的开发。1978年，美国空军开发年，美国空军开发了通信、导航和识别综了通信、导航和识别综合航空电子（合航空电子（ICNIA）系统。美国开发的第四系统。美国开发的第四代战斗机上高度综合化代战斗机上高度综合化的航空电子系统，的航空电子系统，CNI子系统。子系统。CNI系统具有支系统具有支持持22种种不同的通不同的通信、导航和识别信、导航和识别的信号波形的能的信号波形的能力，可以提供从力，可以提供从HF到到L波段的无波段的无线电通信。线电通信。完成基于软件

13、无线电完成基于软件无线电概念构建多频带、多概念构建多频带、多模式无线电（模式无线电（MBMMR）系统的可行性研究和系统的可行性研究和适用性验证。适用性验证。SPEAKeasy计计划后开发了可划后开发了可编程模块化通编程模块化通信系统（信系统（PMCS）随后成为随后成为JTRS电台的基础。电台的基础。民用移动通信民用移动通信5G民用移动通信民用移动通信未来发展未来发展 智能化智能化方向的趋势方向的趋势我国已我国已将软件无线电纳入国家将软件无线电纳入国家“863”高科高科技发展计划技发展计划。软件软件无线电技术的未来将向智能化方向发无线电技术的未来将向智能化方向发展，它将成为展，它将成为21世纪无线电通信领域的核世纪无线电通信领域的核心心技术技术。（1）宽带）宽带/多频段天线多频段天线（2）灵活射频前端设计）灵活射频前端设计 射频射频部分包括预放大和功率输出两部分部分包括预放大和功率输出两部分。要求工作。要求工作频频带足够宽，并采用数字频率合成技术设置，能够适应多载带足够宽，并采用数字频率合成技术设置，能够适应多载波工作。波工作。 （3）高速）高速ADC、DAC孔径信号孔径信号分布网络分布网络共用