软件无线电原理与应用第3版 课件 【ch01】概述

软件无线电原理与应用（第三版）概述第一章高等学校电子信息类精品教材01无线移动通信简述无线移动通信简述01模拟无线电第一代移动通信系统的主要目标是为在大范围内有限的用户提供移动电话服务。第一代移动通信系统的特点是：用户数量相对较少；业务密度相对较低；小区半径较大，一般从几千米到几十千米；每个小区使用一定数量的无线信道频率。无线移动通信简述01模拟无线电无线移动通信简述01模拟无线电图1.1所示的接收机看起来似乎非常简单，它的特点是全部采用模拟技术来完成整个接收解调过程。所以，第一代移动通信系统可以称为模拟无线电。无线移动通信简述01窄带数字无线电第二代移动通信系统相比于第一代移动通信系统的主要区别是:第二代移动通信系统采用了数字调制技术，具有更强的抗干扰能力和更大的通信容量(可以通过语音压缩增加逻辑信道数);第二代移动通信系统采用了时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)体制，大大提高了频谱利用率，增加了系统容量；第二代移动通信系统随着使用频段的提高，蜂窝小区半径可以减小到几百米，从而可以提高单位面积内的业务量；第二代移动通信系统由于采用了数字体制，可以与数字化固定基础设施能更好地兼容，系统对漫游和切换的管理得到了显著的改善。无线移动通信简述01模拟无线电第二代移动通信系统以GSM、IS-95、IS-54(D-AMPS)和DCS1800为典型代表，它们的无线接口概况如表1-2所示。无线移动通信简述01模拟无线电第二代的数字无线电相对于第一代的模拟无线电虽然在技术体制上上了很大一个台阶，通信服务性能也随之大为提高，但它对不同通信体制(FDMA、TDMA、CDMA)、不同信号类型(FM、MSK、BPSK、QPSK)的适应能力还不是很强。无线移动通信简述01宽带数字无线电被ITU认可的第三代移动通信系统标准主要有三个：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。WCDMA是以欧盟为主提出的宽带CDMA标准；CDMA2000是以美国为主提出、并与IS-95能够平滑过渡的3G标准；TD-SCDMA则是中国提出、具有自主知识产权的3G标准。无线移动通信简述01宽带数字无线电无线移动通信简述01宽带数字无线电第三代移动通信系统的最大特点是高的数据速率，步行环境最小为384kbps,室内环境可达2Mbps,车载环境最高速率可达144kbps;同时为提高频谱利用率，采用了高效的多进制调制技术，如QPSK、8PSK、16QAM等；另外，这三大3G标准除了都统一采用CDMA多址方式外，在具体实现上还是有些差别的，比如TD-SCDMA采用的是TDD(时分双工)体制，而WCDMA和CDMA2000采用的是FDD(频分双工)体制。无线移动通信简述01宽带数字无线电从组成框图可以看出，除射频前端的工作频段更高(为2GHz频段)、中频带宽更宽(为5MHz带宽)外，与2G系统相比较从组成结构来看并没有多大差别。无线移动通信简述01软件无线电第四代移动通信系统(4G)的特点是超高速的数据传输速率，目标是支持下行1Gbps,上行500Mbps的峰值速率，使无线上网速度大大加快。无线移动通信简述01软件无线电第四代移动通信系统(4G)的特点是超高速的数据传输速率，目标是支持下行1Gbps,上行500Mbps的峰值速率，使无线上网速度大大加快。无线移动通信简述01软件无线电网络功能虚拟化的实质是将网络功能从专用硬件设备中分离出来，实现硬件和软件的解耦，基于通用的计算、存储、网络设备并根据需要实现网络功能的灵活部署。02软件无线电的定义与特点软件无线电的定义与特点02软件无线电的定义软件无线电概念的发明者JosephMitolaⅢ博士的定义是：软件无线电是多频段无线电，它具有宽带的天线、射频前端、模数/数模变换，能够支持多个空中接口和协议，在理想状态下，所有方面(包括物理空中接口)都可以通过软件来定义。软件无线电的定义与特点02软件无线电的定义软件无线电论坛()对软件无线电的定义为：软件无线电是一种新型的无线电体系结构，它通过硬件和软件的结合使无线网络和用户终端具有可重配置能力。软件无线电的定义与特点02软件无线电的定义以上定义主要想阐明作者关于软件无线电的几个观点：一是软件无线电不仅能应用在通信领域，也可应用在无线电工程的其他相关领域，如雷达、电子战、导航、广播电视、测控等领域；二是软件无线电既不是一部无线电台也不是一个无线电系统，它是一种设计方法、一种设计理念；三是软件无线电的硬件平台越简单越好，要与实现的无线电功能“脱钩”,无线电功能主要由软件实现；四是软件无线电的功能软件要采用构件化实现，而且可重构、可升级，不能是固化的、不可修改的。软件无线电的定义与特点02软件无线电的特点(1)天线智能化天线是软件无线电的电磁感应器，它把发射机输出的电信号变换为电磁波发向空间，由远处的接收天线接收，再反过来把空间电磁信号变换为电信号，提供给后面的接收机进行接收处理。软件无线电的定义与特点02软件无线电的特点(2)前端宽开化软件无线电的特点是广泛的适用性，可扩展、可升级，这就要求软件无线电的射频前端是"宽开"的，即能在足够宽的频段工作。软件无线电的定义与特点02软件无线电的特点(3)中频宽带化软件无线电的中频带宽如果设计成与信号带宽一样宽(从1G到2G再到3G都是这样设计的),显然就谈不上对多体制不同带宽信号的适应性，或者说对信号的适应能力就会变得很差，甚至只能适应一种体制的信号(如果中频带宽选得很窄，比如在1G和2G中的中频带宽就选择为信道带宽25kHz和200kHz)。软件无线电的定义与特点02软件无线电的特点(4)硬件通用化这里的硬件不仅指的是射频前端硬件，更指后面的信号处理平台硬件。只有硬件的通用性，使软件无线电功能的实现与硬件“脱钩”才能为软件无线电功能实现的软件化奠定基础，或者说硬件平台的通用化是软件无线电功能软件化的基础或前提。软件无线电的定义与特点02软件无线电的特点(5)功能软件化软件无线电的最大特点是其功能不是通过硬件来定制，而是通过软件来实现的。软件无线电的定义与特点02软件无线电的特点(6)软件构件化软件无线电的功能软件是软件无线电的核心。软件无线电的定义与特点02软件无线电的特点(7)动态可重构软件无线电的硬件资源可以根据功能的需求灵活进行分配调度。03软件无线电的发展历程软件无线电的发展历程03软件无线电的提出JosephMitolaⅢ博士最早于1992年5月在美国电信会议上提出了软件无线电(SoftwareRadio,SR)的概念，当时他提出的软件无线电概念是比较理想化的。他在那篇具有里程碑意义的文章中给出的一种理想的软件无线电组成框图如图1.5所示。软件无线电的发展历程03软件无线电的提出软件无线电的发展历程03软件无线电的提出相比于SDR,SR则可以认为是一种理想的软件无线电,它要求数字化接口尽可能地去靠近天线根部。软件无线电的发展历程03软件无线电(SDR)论坛SDR论坛是一个独立的组织，其成员包括在软件无线电方面有经念和有兴趣的公司和协会。SDR论坛不从事具体软件无线电系统的开发，而是试图扮演软件无线电标准化组织的角色，通过为软件无线电制定一个全球统一的标准，促进软件无线电技术的发展，并造就一个类似“无线个人计算机”的无线市场。软件无线电的发展历程03软件无线电的先行者：SPEAKeasy第一阶段的研究:第一阶段研究从1992年到1995年，主要与Hazeltine、TRW、Lockheed-Martin、Motorola和RockwellCollins等公司签订了合同。软件无线电的发展历程03软件无线电的定义第二阶段的研究：●实现一个可重构的体系结构；●实现一个开放式的体系结构；●采用更多的商用现货(COST)组件；●减小体积，使其适应野战环境；●采用可重构的硬件。软件无线电的发展历程03软件无线电的推动者：JTRS与SCAJTRS计划将实现以下目标:支持的工作频率范围为2MHz～2GHz;可以通过波形软件进行重构；支持语音、视频和数据应用；在软件和硬件方面都是可扩展的；利用商用现货以节省开支；能够与不同的波形、传统的装备以及为不同环境而设计的无线电系统进行互操作。软件无线电的发展历程03软件无线电的推动者：JTRS与SCA(6)软件构件化为便于JTRS在统一的框架下进行联合开发，体现软件无线电体系结构的开放性。20世纪90年代末，JPO(JTRS联合计划办公室)在Raytheon、BAE、RockwellCollins、ITT等公司的支持下，开始制定SCA(软件通信体系结构)规范。软件无线电的发展历程03软件无线电的推动者：JTRS与SCA(6)软件构件化JTRS计划在其实施过程中由于遇到了很多技术问题，可以说是一波三折。2006年3月，JTRS联合计划执行办公室对该项目进行了重组，重新开始执行新的角色、任务、职能以及计划需求。软件无线电的发展历程03软件无线电的发展目前全球在软件无线电方面取得的大量研究成果不仅已在军事通信领域获得了广泛的应用，而且也极大地推动了软件无线电在其他军事领域，如第四/五代战机的综合航空电子系统、舰载综合一体化电子系统等武器平台中的应用，并将大力提升装备性能；与此同时，软件无线电在民用移动通信中的应用研究也正在如火如荼地开展，在第三/四代移动通信中已初露锋芒，在未来移动通信中将会获得广泛应用，其硬件通用化、功能软件化、动态可重构为特征的软件无线电体系结构，将大放异彩，展现强大的可重构、可升级、可演进能力，把移动通信技术及其业务推向一个新高度。04软件无线电体系框架与本书结构软件无线电体系框架与本书结构04软件无线电的概念虽然早在1992年就已提出，但软件无线电的理论框架并没有很快形成。软件无线电体系框架与本书结构04基于此，