chapter 软件无线电中的调制与解调算法

会计学1chapter软件无线电中的调制与解调算法9.1软件无线电简介

1992年，MILTRE公司的JeoMitola在美国国家远程会议上首次明确提出了软件无线电（softwareradio）的概念。

中心思想：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，并使宽带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。

9.1.1软件无线电概念的由来第1页/共20页9.1.2软件无线电的关键技术开放式总线结构及实现 标准化的总线是构筑软件无线电标准化硬件及软件平台的的奠基石。现有的软件无线电研究和实验室系统中一般采用控制总线和高速数据总线的双总线结构。2.

宽带/多频段天线要求：天线能覆盖所有的工作频段；能用程序控制的方法对功能及参数进行设置

实现技术：组合式多频段天线及智能天线技术；模块化、通用化收发双工技术；多倍频程宽带低噪音放大器方案等

第2页/共20页9.1.2软件无线电的关键技术（续一）3.模数转换部分

要求：采样速率高，大于信号带宽的2.5倍；采样精度高，不低于12位（80dB动态范围）

实现技术：提高器件性能，多个A/D并联4.数字变频技术数字变频技术是软件无线电的核心技术之一，包括数字上变频和数字下变频。第3页/共20页9.1.2软件无线电的关键技术（续二）5.高速数字信号处理部分主要工作：基带处理、调制解调、比特流处理和编译码

构成：高速信号处理器(DSP)

这是软件无线电的一个核心部件，但也是一个主要瓶颈。当单个DSP处理能力不足时，可采用多个DSP芯片的并行处理提高运算能力。

6.信令处理部分任务：通信协议及软件的标准化、通用化和模块化；把现有的各种无线信令按软件无线电的要求划分成几个标准的层次，开发出标准的信令模块，研究通用信令框架。第4页/共20页9.1.3软件无线电的基本结构

软件无线电的结构：主要由天线、射频前端、宽带A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理器以及各种软件组成。

分类：射频低通采样软件无线电结构射频带通采样软件无线电结构宽带中频带通采样软件无线电结构第5页/共20页1.射频低通采样软件无线电结构

射频低通采样数字化的软件无线电，其结构简洁，把模拟电路的数量减少到最低程度，是最理想的软件无线电结构。

第6页/共20页2.射频带通采样软件无线电结构

射频带通采样软件无线电结构在A/D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，从而降低了对A/D采样速率和后续DSP的处理速度的要求。此结构将会成为未来软件无线电发展的主流。第7页/共20页3.宽带中频带通采样软件无线电结构

宽带中频带通采样软件无线电结构类似于中频数字化接收机的结构，采用了多次混频体制或叫超外差体制。其主要特点是中频带宽更宽，所有调制解调等功能全部由软件加以实现，是近期软件无线电一种较可行的设计方案。

第8页/共20页9.2软件无线电中信号的调制与解调算法

9.2.1调幅波调制与解调原理及算法描述9.2.2双边带信号调制解调原理及算法描述9.2.3单边带信号调制解调原理及算法描述9.2.4调频波调制与解调原理及算法描述

第9页/共20页9.2.1调幅波调制与解调原理及算法描述

1.调幅波调制原理及算法描述

调幅波的数学表达式为：v(t)=s(t)=V0(1+macosΩt)·cosω0t

其中ma为调幅度，通常ma<=1AM的离散数学表达式为：S(t)=V0(1+macosΩt)·cosω0t

采用直接计算的方法来进行AM波的调制第10页/共20页2.调幅波解调原理及算法描述

采用正交载波相乘再求包络的方法实现AM波的解调：

这种解调方式需要有本地正交载波，可以证明即使本地载波的不同频不同相不会对解调产生影响。第11页/共20页9.2.2双边带信号调制解调原理及算法描述1.双边带信号调制原理及算法描述

双边带信号是由调制信号和载波直接相乘得到的，它只有上、下边带分量，没有载波分量。

DSB信号的时域表达式为：S(t)＝AvΩ(t)cosω0t(A为常数)

离散数学表达式为：S(nTs)=Ax(nTs)cosω0nTsDSB信号的调制采用直接计算的方法：第12页/共20页2.双边带信号解调原理及算法描述

双边带信号离散表达式为：S(nTs)=Ax(nTs)cosω0nTs

对信号进行正交分解得同相分量：XI(nTs)=Ax(nTs)

正交分量：XQ(nTs)=0

解调时要求本地载频与信号载频同频同相，此时，同相分量输出就是解调信号。同频同相本地载频的提取，可以利用数字科斯塔斯环获得。数字科斯塔斯环既可以用软件实现也可以利用专门的数字信号处理硬件来实现。第13页/共20页9.2.3单边带信号调制解调原理及算法描述单边带信号调制原理及算法描述

在数字化通信系统中，一般采用复数滤波法来进行单边带信号的调制。复数滤波法可以实现低运算量和高性能。单边带信号复数的一般表示为：

xSSB(t)=ARe[(x(t)*g(t))ejωot]

式中，g(t)=δ(t)±(-j)h(t)为复数滤波器响应函数，为冲激函数，h(t)为Hilbert变换冲激响应函数，Hilbert变换实际就是对该信号进行的移相。

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单边带调制复数法原理:将基带信号进行复数边带滤波后，进行复调制取实部，得到单边带信号。

用复数法产生单边带信号的频谱图如右图，图(a)为基带信号频谱图，(b)是经过复数边带滤波后，复数信号的频谱图，(c)为经过复调制实部后的频谱图第15页/共20页2.单边带信号解调原理及算法描述

单边带信号离散表达式为：

式中，“－”是上边带，“＋”是下边带，是的Hilbert变换，A为常数，不妨设其为1。对信号正交分解后得同相分量：正交分量：无论上边带，还是下边带，同相分量输出就是调制信号。第16页/共20页9.2.4调频波调制解调原理及算法描述1.调频波调制的原理及算法描述调频信号的数学表达式为：采用复化求积法，得到FM的离散数学表达式为：

（Ts是采样间隔时间）根据上式可以得到FM调制框图：第17页/共20页2.调频波解调的原理及算法描述

调频波解调采用数字相干解调的方法，此方法具有较强的抗载波失配能力，当载波失配差频是常量时，解调输出只不过增加了一个直流分量而已。

由FM离散数学表达式可以推导出调制信号FM信号的解调框图如下：第18页/共20