软件无线电原理与应用第3版 课件 【ch03】软件无线电体系结构

软件无线电原理与应用（第三版）软件无线电体系结构第三章高等学校电子信息类精品教材01软件无线电的三种结构形式软件无线电的三种结构形式01软件无线电的宗旨就是尽可能地简化射频模拟前端，使A/D转换尽可能地靠近天线去完成模拟信号的数字化，而且数字化后的信号要尽可能多地用软件来实现各种功能和指标。另外，软件无线电的硬件平台应具有开放性、通用性，软件可升级、可替换。软件无线电的三种结构形式01通过前面的介绍已经知道，软件无线电主要由三大部分组成，即用于射频信号变换、位于模数/数模转换之前的模拟射频前端(含天线),高速模数/数模转换器(ADC、DAC)以及位于ADC之后、DAC之前的数字信号处理(DSP)三大部分，如图3.1所示。软件无线电的三种结构形式01低通采样软件无线电结构软件无线电的三种结构形式01低通采样软件无线电结构软件无线电的三种结构形式01射频直接带通采样软件无线电结构软件无线电的三种结构形式01射频直接带通采样软件无线电结构软件无线电的三种结构形式01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的组成结构如图3.5所示。软件无线电的三种结构形式01三种软件无线电结构的等效数字谱由第2章Nyquist采样定理的介绍可知，第一种基于低通采样的软件无线电结构的数字谱最为简单明了，如图3.6所示，为方便起见，图中的频率全部用模拟频率来表示，而且仅画出正频部分。软件无线电的三种结构形式01三种软件无线电结构的等效数字谱软件无线电的三种结构形式01三种软件无线电结构的等效数字谱软件无线电的三种结构形式01三种软件无线电结构的等效数字谱第二种软件无线电结构采用了射频直接(不经过混频)带通采样技术，这种采样与第三种结构的中频带通采样的不同点只是为了消去因前置跟踪滤波器不理想而产生的采样“盲区”,需要多个采样频率，其中包括一个主采样频率fs和M个“盲区”采样频率fsm。软件无线电的三种结构形式01三种软件无线电结构的等效数字谱02软件无线电接收机体系结构软件无线电接收机体系结构02单通道软件无线电接收机所谓单通道软件无线电接收机是指这种接收机在同一时刻只能接收所选择的一个信道的信号进行接收解调分析，不能同时接收多个信号。软件无线电接收机体系结构02单通道软件无线电接收机软件无线电接收机体系结构02单通道软件无线电接收机软件无线电接收机体系结构02单通道软件无线电接收机需要指出的是，图3.15所示的基于多相滤波正交化处理的接收机模型，其采样公式仍为带通采样公式，但此式中的方为信号载频，而不是3.1节中介绍的为采样频带的中心频率。图3.14和图3.15所示的接收机模型同时只能接收一个信号，而无法同时接收多个信号，也就是说这两种模型都不具备同时处理多个信号的能力，所以称其为单通道模型。软件无线电接收机体系结构02多通道软件无线电接收机下面重点讨论基于多相滤波器组的信道化接收机结构模型，这种接收机可以实现对处理带宽内的信号进行全概率截获和接收解调。软件无线电接收机体系结构02多通道软件无线电接收机03多相滤波信道化接收机体系结构多相滤波信道化接收机体系结构03数字滤波器组与信道化的基本概念多相滤波信道化接收机体系结构03数字滤波器组与信道化的基本概念图中的fs为输入信号s(n)的采样频率。多相滤波信道化接收机体系结构03数字滤波器组与信道化的基本概念另外一个不同点是由于经复本振混频及低通滤波后的信号为复信号，且带宽为π/D,故可对该信号进行2D倍抽取，如图3.23所示。多相滤波信道化接收机体系结构03复信号的多相滤波信道化接收机复信号的信道化原始结构如图3.22所示。多相滤波信道化接收机体系结构03实信号的多相滤波信道化接收机实信号的信道化原始结构如图3.23所示。推导方法与复信号是类似的，所不同的是现在的抽取倍数为(2D),而不是复信号时的D。多相滤波信道化接收机体系结构03实信号的多相滤波信道化接收机根据上述推导过程，可得到实信号的多相滤波信道化接收机结构模型如图3.26所示。多相滤波信道化接收机体系结构03实信号的多相滤波信道化接收机04软件无线电发射机体系结构软件无线电发射机体系结构04单通道软件无线电发射机软件无线电发射机体系结构04单通道软件无线电发射机图3.31所示的调制模型实际上就是软件无线电发射机的基本结构模型，称其为基频发射机。软件无线电发射机体系结构04单通道软件无线电发射机软件无线电发射机体系结构04单通道软件无线电发射机图3.35所示的软件无线发射机改进模型虽然解决了高速数字滤波的问题，但对数模转换器(D/A)的要求仍然是相当高的，也就是要求D/A有相当高的转换速率。软件无线电发射机体系结构04多通道软件无线电发射机多通道软件无线电发射机实际上就是由多个单通道发射机构成的并行发射机，其模型如图3.38所示。软件无线电发射机体系结构04多通道软件无线电发射机05信道化软件无线电发射机体系结构信道化软件无线电发射机体系结构05信道化发射机的基本概念通常的发射机同一时刻往往只能发射单个信号，比如目前的常规电台、无线基站发射机等，为了能做到同时发射多个信号，就需要用多部发射机并联工作，构成一个发射机阵列来实现。信道化软件无线电发射机体系结构05信道化发射机的基本概念信道化软件无线电发射机体系结构05信道化发射机的基本概念图3.41所示的信道化发射机模型虽然能实现发射机信道化的思想，但实际上还是一种多通道并行实现的思路，并未达到结构简化的目的。下面推导基于多相结构的信道化发射机结构模型，这种模型计算效益高，实时处理能力强，结构简单，易于实现。信道化软件无线电发射机体系结构05复信号输出的多相滤波信道化发射机信道化软件无线电发射机体系结构05复信号输出的多相滤波信道化发射机由上面的推导过程可以看出，图3.42所示的信道化发射机模型输出的信号y(n)是复信号，y(n)由式(3-59)表示。信道化软件无线电发射机体系结构05复信号输出的多相滤波信道化发射机信道化软件无线电发射机体系结构05实信号输出的多相滤波信道化发射机具有实信号输出的信道化发射机的直接实现形式如图3.43所示。信道化软件无线电发射机体系结构05