《软件无线电》作业总结资料讲解
软件无线电复习资料
复习与思考题第1 章1.什么是软件无线电？其主要特征是什么？2.无线电技术经历或正在经历哪几个阶段？各有什么特征？3.软件无线电产生的背景是什么？要解决什么问题？4.什么是SCA？其与SDR 有什么关系？5.软件无线电的实现技术有哪些？其发展的技术瓶颈有哪些？6.为什么软件无线电一定要采用“硬件通用化”的设计准则？在软件无线电中是如何体现“硬件通用化”这一设计思路的，请按照射频前端和信号处理单元分别加以解释。
7.你是如何理解软件无线电“功能软件化”这一本质特征的？为什么软件无线电的功能可以采用软件来实现？8.理想软件无线电跟实际软件无线电的主要区别是什么？Joseph Mitola 博士提出的理想软件无线电的重要意义是什么？9.软件无线电的结构如何？各部分的作用是什么？第2 章1.低通采样定理以及计算方法。
2.带通采样定理以及计算方法。
3.信号采样在软件无线电中的作用以及采样方式对软件无线电接收机结构的影响是什么？4.什么叫超外差体制？软件无线电中的超外差体制与常规的超外差有哪些不同？软件无线电超外差体制的最大特点是什么？（提示：从软件无线电的射频宽开化、中频宽带化要求考虑。
）5.什么是抽取？其作用是什么？6.什么是内插？其作用是什么？7.为什么不能直接进行抽取或内插操作？应该怎么办？8.什么叫射频直接带通采样？它跟带通采样相比较有哪些特点？射频直接带通采样为什么需要设置一个跟踪滤波器？它有什么作用？9.射频直接带通采样主要由哪些关键部件组成？为什么说射频直接带通采样非常接近于理想软件无线电结构？10. 当抽取倍数很高时，采用多级级联抽取有什么好处？11.什么叫多相滤波？在软件无线电中采用多相滤波的意义何在？12.什么是半带滤波器？为什么要叫这样的滤波器为“半带”滤波器？半带滤波器有些什么特点？13.什么是积分梳状滤波器？有哪些特点？在抽取/ 内插中为什么要使用积分梳状滤波器？14.对一个信号进行正交分解的意义是什么？无线电信号的三大瞬时特征是什么？作为通信信号分别有什么含义和作用？如何通过正交分解提取这三大瞬时特征？15.什么是射频信号的正交基带分量？请写出正交基带分量的数学表达式，及其提取正交基带分量的数学运算过程。
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FPGA及动态可重构技术在软件无线电中的应用摘要：介绍了将现场可编程门阵列（FPGA）专用硬件处理器集成到软件通信体系结构">软件通信体系结构（SCA）中的机制，实现了动态部分可重构技术在软件无线电（SDR）硬件平台中的应用，有效地缩短系统开发周期，提高了硬件资源的利用率。
SDR是使用一个简单的终端设备通过软件重配置来支持不同种类的无线系统和服务(包括2G、3G移动通信系统和WLAN)的新技术。
它具有较强的开放性和灵活性，硬件采用标准化、模块化结构，可以随着器件和技术的发展而更新和扩展；软件模块可以进行加载和更改，根据需要不断升级。
软件无线电的结构如图1所示，主要分为实时信道数据处理部分、环境管理部分、系统分析和功能强化部分。
实时信道数据处理部分包括A/D、D/A、变频、信道分离、调制解调以及码流处理等数据模块。
SDR的核心是联合战术无线电系统JTRS（Joint Tactical Radio System)的SCA规范，它对模块化可编程无线通信系统的硬件体系结构、软件体系结构和安全体系结构以及应用程序接口（API）规范进行了描述，同时引入了嵌入式微处理器系统、总线、操作系统、公共对象请求代理体系（CORBA）、面向对象的软件和硬件设计等一系列计算机技术，并采用了“波形应用”和“资源”可裁剪、可扩充的设计思想，从而保证了软件和硬件的可移植性和可配置性。
以接收机为例，SDR中A/D模块之后的部分通过软件来实现。
本文在FPGA平台上实现信号的调制解调，以满足高速数字信号处理发展的需求。
在Xilinx Virtex2Pro FPGA硬件平台上实现了美国军方短波通信系统标准MIL-STD-188-110B调制解调器，其中引入了动态部分可重构技术，提高了配置速度和硬件资源的利用率。
满足SCA规范的波形组件之间通过CORBA总线通信，而FPGA平台的专用处理器要实现对CORBA 的支持比较困难。
软件无线电的原理与应用pdf
软件无线电的原理与应用1. 简介软件无线电（Software-Defined Radio，简称SDR）是一种通过软件控制而不是硬件电路来实现无线电通信的技术。
通过使用软件无线电技术，可以实现对无线电信号的灵活处理和调整，极大地提升了无线通信系统的灵活性和适应性。
2. 软件无线电原理软件无线电的原理是基于数字信号处理的技术，通过将无线电信号转换为数字信号进行处理。
具体步骤如下：2.1 信号采集软件无线电使用无线电频率下的天线将无线电信号转换为电信号，并通过模拟到数字转换器（ADC）将其转换为数字信号。
2.2 数字信号处理经过信号采集后，信号被传输到数字信号处理单元。
在数字信号处理单元中，信号进行解调、滤波、调制等操作，以提取出所需的信息内容。
2.3 软件控制软件无线电技术的核心是通过软件控制对信号进行处理。
软件控制可以灵活地调整无线电通信系统的参数和功能，以适应不同的应用需求。
3. 软件无线电的应用3.1 无线电通信软件无线电技术广泛应用于无线电通信领域。
与传统的硬件无线电相比，软件无线电可以实现更灵活的通信方式和更高的通信效率。
软件无线电还可以应用于频谱监测、频率跳变通信等特殊通信场景。
3.2 网络安全软件无线电技术在网络安全领域也有重要应用。
通过使用软件无线电，可以实现对无线通信的安全监测和加密处理，有效防止无线通信受到黑客攻击和信息窃取。
3.3 物联网软件无线电技术在物联网领域具有广泛应用前景。
通过软件无线电，可以实现对物联网设备的远程监控和管理，提升物联网系统的可靠性和灵活性。
3.4 天文学软件无线电技术在天文学研究中也有重要应用。
通过软件无线电，可以接收和处理来自宇宙的微弱无线电信号，帮助科学家研究宇宙起源、星系演化等重要问题。
4. 软件无线电的优势4.1 灵活性软件无线电技术可以通过改变软件的配置和参数来实现不同的无线电通信功能，极大地提高了系统的灵活性和适应性。
4.2 可升级性通过软件控制，软件无线电系统可以进行远程升级和更新，无需更换硬件部件，提高了系统的可升级性和维护性。
软件无线电技术
第四代移动通信技术之软件无线电技术【摘要】软件无线电是目前无线通信领域在固定至移动、模拟至数字之后的最新革命，其正朝着产业化、全球化的方向发展，将在4G系统中得到广泛应用。
本文主要研究软件无线电技术对通信传输的改善以及4G系统中软件无线技术的应用特点等。
一、引言软件无线电提供了一条满足未来个人通信需要的思路。
软件无线电突破了传统的无线电台以功能单一、可扩展性差的硬件为核心的设计局限性，强调以开放性的最简硬件为通用平台，尽可能地用可升级、可重配置不同的应用软件来实现各种无线电功能的设计新思路。
其中心思想是：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。
图一、软件无线电原理框图 1二、简介软件无线电(SWR)技术是近年来提出的一种实现无线通信的新的体系结构，它的基本概念是把硬件作为无线通信的基本平台，而把尽可能多的无线通信及个人通信功能用软件实现。
1、WLAN与蓝牙融入广域网近年来各国都在积极进行4G的技术研究，从欧盟的WINNER项目到我国的“FuTURE计划”都是直接面向4G的研究。
日本对4G技术的研究在全球范围内一直处于领先地位，早在2004年，运营商NTTdocomo就进行了1Gbit/s传输速率的试验。
目前还没有4G的确切定义，但比较认同的解释是：4G采用全数字技术，支持分组交换，将WLAN、蓝牙技术等局域网技术融入广域网中，具有非对称的和超过100Mbit/s的数据传输能力，同时，因为采用高度分散的IP网络结构，使得终端具有智能和可扩展性。
4G系统将融合现有的各种无线接入技术，包括蜂窝、卫星、WLAN、蓝牙、Ad-hoc、DAB/DVB(数字音频和视频广播)、WAP等。
这些技术的融合将使4G成为一个无缝连接的统一系统，实现跨系统的全球漫游及业务的可携带性。
软件无线电知识综合
软件无线电的采样结构基本上可以分为三种：射频全宽带低通采样结构：这种结构的软件无线电，结构简洁，把模拟电路的数量减少到最低程度。
优缺点优点：对射频信号直接采样，符合软件无线电概念的定义。
缺点：（1）需要的采样频率太高，特别还要求采用大动态、多位数的A/D/A 时，显然目前的器件水平无法实现。
（2）前端超宽的接收模式会对整个结构的动态范围有很高的要求，工程实现极为困难。
所以这种结构只实用于工作带宽不太宽的场合。
射频直接带通采样结构：射频带通采样结构的软件无线电可以较好地解决上述射频低通采样软件无线电结构对A/D 转换器、高速DSP 等要求过高，以致无法实现的问题。
优点：与射频全宽带低通采样结构相比最大的不同就是采用的前置滤波器的差异；另外还有A/D 的采样速率不同；最后就是对DSP 的处理速度要求不同。
实现可行性较强。
缺点：前置窄带电调滤波器和高工作带宽的A/D （高性能采样保持放大器）实现起来还是有相当的难度。
另外，本结构需要多个采样频率，增加了系统实现复杂度。
宽带中频带通采样结构：的软件无线电结构与目前的中频数字化接收机的结构是类似的，都采用了多次混频体制或叫超外差体制。
这种宽带中频带通采样软件无线电结构的主要特点是中频带宽更宽（比如20MHz ），所有调制解调等功能全部由软件加以实现。
中频带宽更宽是这种软件无线电与普通超外差中频数字化接收机的本质区别。
本结构类似于超外差无线电台，但常规电台的中频带宽为窄带结构，而本结构为宽带中频结构。
本结构使前端电路设计得以简化，信号经过接收通道后的失真也小，而且通过后续的数字化处理，本结构具有更好的波形适应，信号带宽适应性以及可扩展性。
本结构的射频前端比较复杂，它的功能是将射频信号转换为适合于A/D 采样的宽带中频或把D/A 输出的宽带中频信号变换为射频信号。
数控振荡器(NCO )相乘实现数字混频，NCO 的频率为所需通道的中心频率，使信号的中心频率移至零频，信号由中频变换到基带，并作低通滤波和抽取，从而实现对实值带通信号的复包络正交采样。
软件无线电
软件无线电软件无线电技术是指利用计算机软件技术实现无线电设备的控制、信号处理和通讯操作。
它的出现对无线电通讯技术的发展起到了重大的推动作用，使得无线电通讯技术向着数字化、智能化、高效化的方向不断发展。
软件无线电技术的起源可以追溯到20世纪80年代，当时计算机技术的发展以及数字信号处理技术的进步为软件无线电技术的兴起提供了技术基础。
1983年，美国开发了第一套软件无线电系统——软件电台（Software Radio），该系统通过DSP芯片实现了数字信号的采集、处理和发送。
这套系统的出现标志着软件无线电技术进入了实用化阶段。
软件无线电技术的主要特点是可编程性、可重构性和灵活性。
这些特点使得软件无线电可以符合不同的使用场景和应用需求。
比如，可以根据不同的频段、不同的调制方式以及不同的传输速率进行定制，实现智能化控制和自适应调整。
软件无线电技术的应用领域非常广泛，其中最主要的包括：航空航天、国防军事、广播电视、移动通信等。
在航空航天领域，软件无线电技术可以用于卫星通信、飞行控制、导航等方面，提高了通信的可靠性和精度；在国防军事领域，软件无线电技术可以用于军事通信、雷达和电子战等方面，提高了作战效率和战场指挥的精度；在广播电视领域，软件无线电技术可以用于数字电视、数字音频广播等方面，提高了广播电视的质量和体验；在移动通信领域，软件无线电技术可以用于3G、4G、5G等无线通信标准，提高了通信速率和网络容量。
软件无线电技术的发展趋势主要是数字化、网络化和智能化。
数字化是指数字信号处理技术的不断发展，使得传输速率和信道利用率不断提高；网络化是指软件无线电技术不断向网络化方向发展，构建起基于IP网络的无线电通信系统；智能化是指软件无线电技术逐步引入人工智能和机器学习技术，实现了更智能的调制方式、自适应调整和故障预测等功能。
当然，在软件无线电技术发展的过程中也会遇到很多挑战，如信号干扰、频谱管理问题、网络安全和隐私问题等。
软件无线电重点
1、软件无线电的核心思想：可重配置性。
采用开放的、标准化的通用平台构造无线电系统，使宽带ADC/DAC尽可能的靠近天线，用软件实现尽可能多的无线电功能，并通过软件实现功能的设定和升级，使通信系统具有多频带、多模式的通信能力。
2、软件无线电的定义：（1）、软件无线电是多频带无线电，它具有宽带的天线、射频转换、模/数和数/模转换，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）都可以通过软件定义。
（2）软件无线电是一种新型的无线体系结构，它通过硬件与软件的结合使无线网络和用户终端具有可重配置能力。
软件无线电提供了一种建立多模式、多频段、多功能无线设备的有效而且相当经济的解决方案，可以通过软件的升级实现功能提高。
软件无线电可以使整个系统（包括用户终端和网络）采用动态的软件编程对设备特性进行重配置。
3、软件无线电的特点：（1）、可多频带/多模式/多功能工作。
（2）、具有可重配置、可重编程能力。
4、硬件体系结构的分类：1按照物理介质划分：第一种是以通用处理器GPP为基础的结构。
第二种是以DSP为基础进行数字信号处理的体系结构。
第三种是以FPGA为基础进行数字信号处理的体系结构。
2按照系统中各功能模块的连接方式划分的硬件体系结构：1流水式结构2总线式结构3交换式结构4基于计算机和网络式结构5、比较DSP和FPGA的性能：1硬件结构，DSP采用哈佛结构 FPGA器件由大量的逻辑宏单元组成 2 灵活性 DSP处理器软件更易改变，而硬件个管脚是固定的.FPGA则需通过改变FPGA中构成DSO系统的硬件结构来改变硬件功能。
3 适用场合 DSP适用于状态复杂的操作 FPGA适用于简单重复的操作和需要并行处理的操作。
4处理能力 DSP处理速度慢 FPGA 处理速度快 5开发流程 DSP的仿真必须有合适的硬件平台 FPGA有多个层次的仿真测试和硬件调试环节 6开发技术标准化不同的DSP处理器结构有较大区别，需选择不同的汇编语言机仿真开发工具和编码软件 FPGA则采用开发技术的标准化和规范化。
第二章 软件无线电综述
2.1 软件无线电的定义
软件无线电的定义
软件无线电论坛的定义：软件无线电一种新 型的无线体系结构，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。 软件无线电提供了一种建立多模式、多频段、 多功能无线设备的有效而且相当经济的解决 方案，可以通过软件升级实现功能提升。
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2.1 软件无线电的定义
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2.1 软件无线电的定义
软件无线电的特点
4、结构的开放性
软件无线电的结构分为硬件和软件两大部
分。这两大部分都具有模块化和标准化的 特点，是一种开放式的体系结构，使得研 制、生产和使用各环节可以共享已有成果， 共同推进软件无线电技术的发展。
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2.1 软件无线电的定义
硬件无线电
所谓硬件无线电，是指无线电设备的功能由 硬件结构确定，系统的工作没有软件参与或 只有很少一部分有软件参与，它们在功能上 是固定的。
1、可多频带/多模式/多功能工作：(M3, Multiband/Multimode/Multirole)。
多频带是指软件无线电可以工作在很宽的
频带范围内；
多模式是指软件无线电能够使用多种类型
的空中接口，其调制方式、编码、帧结构、 压缩算法、协议等可以选择；
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2.1 软件无线电的定义
软件无线电的特点
软件无线电终端通过软件下载方式就可以进 行重新配置，适应不同体制、不同标准的通 信需求，获得新的服务。因此，软件无线电 将是一个解决全球无线通信需求的最佳方案， 将成为未来无线通信设备设计的核心。 42
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2.1 软件无线电的定义
无线电发展过程的困扰
其中心思想是：
软件无线电(software radio)
概要软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。
功能的软件化实现势必要求减少功能单一、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，把数字化处理（A/D和D/A变换）尽量靠近天线。
软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件更新改变硬件配置结构，实现新的功能。
软件无线电采用标准的、高性能的开放式总线结构，以利于硬件模块的不断升级和扩展。
软件无线电（software radio）在一个开放的公共硬件平台上利用不同可编程的软件方法实现所需要的无线电系统。
简称SWR。
理想的软件无线电应当是一种全部可软件编程的无线电，并以无线电平台具有最大的灵活性为特征。
全部可编程包括可编程射频（RF）波段、信道接入方式和信道调制。
一般说来，SWR就是宽带模数及数模变换器（A/D及D/A）、大量专用/通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Proicesser，DSP）构成尽可能靠近射频天线的一个硬件平台。
在硬件平台上尽量利用软件技术来实现无线电的各种功能模块并将功能模块按需要组合成无线电系统。
例如：利用宽带模数变换器（Analog Digital Converter，ADC），通过可编程数字滤波器对信道进行分离；利用数字信号处理技术在数字信号处理器（DSP）上通过软件编程实现频段（如短波、超短波等）的选择，完成信息的抽样、量化、编码/解码、运算处理和变换，实现不同的信道调制方式及选择（如调幅、调频、单边带、跳频和扩频等），实现不同的保密结构、网络协议和控制终端功能等。
在目前的条件下可实现的软件无线电，称做软件定义的无线电（Software Defin ed Radio，SDR）。
SDR被认为仅具有中频可编程数字接入能力。
发展历史无线电的技术演化过程是：由模拟电路发展到数字电路；由分立器件发展到集成器件；由小规模集成到超大规模集成器件；由固定集成器件到可编程器件；由单模式、单波段、单功能发展到多模式、多波段、多功能；由各自独立的专用硬件的实现发展到利用通用的硬件平台和个性的编程软件的实现。
软件无线电技术简介及特点应用
软件无线电技术简介及特点应用软件无线电是最近几年提出的一种实现无线电通信的体系结构 ,是继模拟到数字、固定到移动之后 ,无线通信领域的又一次重大突破。
并从软件无线电的基本概念出发 ,讨论了其功能结构、关键技术和难点以及应用和发展前景。
1.引言完整的软件无线电 (Software Definition Radio)概念和结构体系是由美国的Joe.Mitola首次于1992年5月明确提出的。
其基本思想是 :将宽带A/D 变换尽可能地靠近射频天线 ,即尽可能早地将接收到的模拟信号数字化 ,最大程度地通过软件来实现电台的各种功能。
通过运行不同的算法 ,软件无线电可以实时地配置信号波形 ,使其能够提供各种语音编码、信道调制、载波频率、加密算法等无线电通信业务。
软件无线电台不仅可与现有的其它电台进行通信 ,还能在两种不同的电台系统间充当“无线电网关”的作用 ,使两者能够互通互连。
软件无线电充分利用嵌入通信设备里的单片微机和专用芯片的可编程能力 ,提供一种通用的无线电台硬件平台 ,这样既能保持无线电台硬件结构的简单化 ,又能解决由于拥有电台类型、性能不同带来的无线电联系的困难。
2.软件无线电台的功能结构图1给出了典型的软件无线电系统的结构简图 ,包括天线、多频段射频变换器、含有A/D 和D/A变换器的芯片以及片上通用处理器和存储器等部件 ,可以有效地实现无线电台功能及其所需的接口功能。
其关键思想以及与传统结构的主要区别在于 :(1)将A/D 和D/A向RF端靠近 ,由基带到中频对整个系统频带进行采样。
(2)用高速DSP/CPU代替传统的专用数字电路与低速DSP/CPU做A/D 后的一系列处理。
A/D 和D/A移向RF端只为软件无线电的实现提供了必不可少的条件 ,而真正关键的步骤是采用通用的可编程能力强的器件 (DSP和CPU等 )代替专用的数字电路 ,由此带来的一系列好处才是软件无线电的真正目的所在。
典型的软件无线电台的工作模块主要包括实时信道处理、环境管理以及在线和离线的软件工具三部分。
软件无线电实验报告
软件无线电实验报告软件无线电实验报告引言：软件无线电（Software Defined Radio，简称SDR）是一种新兴的无线通信技术，它通过软件来实现无线电信号的处理和调制解调。
相比传统的硬件无线电，SDR具有更高的灵活性和可配置性。
本实验旨在通过搭建一个简单的SDR系统，探索其原理和应用。
一、实验目的本实验的目的是搭建一个基于SDR的无线通信系统，并通过实际操作来了解SDR的工作原理和应用场景。
具体实验目标如下：1. 理解SDR的基本原理；2. 学习使用SDR平台进行信号处理和调制解调；3. 实现简单的无线通信功能。
二、实验环境和工具1. 硬件设备：电脑、SDR硬件平台（如RTL-SDR等）；2. 软件工具：SDR软件平台（如GNU Radio等）。
三、实验步骤1. 搭建SDR硬件平台：将SDR硬件连接至电脑，确保硬件设备正常工作；2. 安装SDR软件平台：根据硬件平台的要求，下载并安装相应的SDR软件平台；3. 配置SDR软件平台：根据实验需求，设置SDR软件平台的参数，如采样率、中心频率等；4. 实现信号接收：使用SDR软件平台接收无线电信号，并通过可视化界面展示信号的频谱特征；5. 实现信号处理：使用SDR软件平台对接收到的信号进行处理，如滤波、解调等；6. 实现信号发送：使用SDR软件平台将处理后的信号发送出去，构建一个简单的无线通信链路；7. 进一步实验：根据实际需求，深入研究SDR的其他应用领域，如无线电频谱监测、无线电定位等。
四、实验结果与分析通过搭建SDR系统并进行实验操作，我们成功实现了无线信号的接收、处理和发送。
在信号接收方面，我们能够准确地捕获无线电信号，并通过频谱分析工具展示信号的频谱特征。
在信号处理方面，我们可以使用SDR软件平台提供的各种信号处理模块对接收到的信号进行滤波、解调等操作。
在信号发送方面，我们可以将处理后的信号通过SDR软件平台发送出去，实现简单的无线通信功能。
软件无线电基本试验
实验一软件无线电基础一、实验目的熟悉软件无线电实验平台，了解软件无线电平台的软硬件处理通信任务的过程，学会软件无线电的基本设计方法和开发工具软件使用方法。
二、实验内容用软件无线电实验平台和LabVIEW软件创建一个调频无线接收器；创建一个自定义LabVIEW用户界面，配置USRP，用LabVIEW设计无线通信系统原型。
三、实验仪器1 USRP实验平台一台2计算机一台四、实验原理1软件无线电平台原理无线通信测试创新论坛对软件无线电(SDR)的定义：〃无线电的一些或全部的物理层功能由软件定义。
〃软件无线电参考了这样一个技术：在通用硬件平台上运行软件模块，用于实现无线通信功能。
结合USRP通用软件无线电硬件和模块化软件的优势，提供了满足多功能需求且灵活性强的快速通信原型平台，适用于物理层设计、算法验证、多标准无线系统、无线信号录制与回放、通信情报等应用。
图1.软件无线电平台构架2软件无线电实现的数字通信系统2.1 典型的数字通信系统一个典型的数字通信系统包括：发射机、接收机和通信信道。
图3展示了一个数字 通信系统的通用组件。
放在第一行是发射机，包含信源编码、信道编码、调制、上变频 模块。
第二行是接收机由下变频、匹配滤波器、均衡器、解调、信道译码和信源译码模 块组成。
数字处理.I合成船1 __________________控制软件接收器控制器□ RF/IF □混含信号 口数亭部分 敬宇处理骐劭器1 放大可配置 H 接收器T N 口D/A可配置 发射端BEF E图2数字通信系统框图酬三P8 -KU-PCI3 Zu 」ncl6-SUUE J=Jj_n r BitsKEP£a白Bu」LTLT日均u.EH-np岂=O_£^CQWCSQQ2.2NI USRP无线通信实验系统图3 NI-USRP无线实验系统硬件、软件平台1） NI USRP硬件平台图4 NI-USRP硬件平台前面板射频信号输入到SMA连接器，USRP硬件平台通过直接变频接收机中的混频操作，产生同相正交（I/Q）基带信号，再经过一个2通道，速率为100 MS/s的14位模数转换器 依口0采样。
软件无线电原理与技术 (5)
s(t) cosLOt a(t) cos(ct ) cosLOt
通过LPF并乘2
a(t) cos(IFt )
(5-3)
对于Q路信号，同理有
s(t)(sinLOt) a(t) cos(ct )sinLOt
通过LPF并乘2
a(t)sin(IFt )
(5-4)
第5章 软件无线电接收机
可以通过正交下变频并滤除倍频后，将一个实信号变为 一个在新频率点的解析信号(复信号)。如果本振频率与载波频 率相同，则可以得到复基带信号，即
这里ω*=2πf*，本书均遵循此例。由于采用了实混频， 因此还有一个频率转换的过程，即中心频率位于fM=fLO-fIF的信 号也可通过与本振信号相乘滤波而转换为中心频率为fIF的信号， 即
通过LPF并乘2
[aM (t) cos(LO IF)t]cosLOt aM (t) cosIFt
(5-2)
我们在中频观察到的信号包含两个不同的信号，分别称为
第5章 软件无线电接收机
5.3 零中频接收机
为了克服外差式接收机所固有的缺点，减少接收机的元 器件数量，降低复杂度，一种显而易见的方法是避免使用中 频，通过直接下变的方式将所需的通道信号直接从射频转换 到基带。这就是目前备受青睐的零中频接收机结构，该结构 也称为直接变换结构。
中频部分的完全消除使接收机结构非常简单，大部分的 信道选择以及放大等工作是在基带完成的。一方面，大部分 信号处理工作在较低的速率上，这样系统的功耗较低；另一 方面，由于射频放大量适中，因此引入的噪声也是较低的。
第5章 软件无线电接收机
图5-8给出了两种外差式接收机结构。 (1) 模拟中频结构：在中频后采用模拟方式继续正交下变到 基带，最后进行数字化。这种方式的本振输出两路本振信号的相 位正交性和幅度平衡性不易保证。 (2) 数字中频结构：在中频后直接进行数字化得到数字中频， 并采用数字方式进行正交下变。采用这种结构，用数字混频正交 变换可以保证本振输出两路本振信号的相位正交性和幅度平衡性。
软件无线电技术
软件无线电技术摘要软件无线电技术是一种功能多元化化的系统，它灵活多样并且有机地融合了硬件、软件以及无线电技术。
软件无线电技术基于模块化、标准化、通用化的硬件支持平台，借助于软件编程程序实现了无线电台的多功能化。
软件无线电技术的基本思想就是让A/D模块向天线模块靠拢，并借助于软件的优势来实现无线电特性的多元化，让通信系统能够不再受到硬件的束缚，能够在硬件通用和系统稳定的状态下实现软件功能的多样化。
关键词软件无线电；高性能总线技术；DSP 数字处理1 软件无线电技术的优势软件无线电技术具有众多的优势，归纳起来主要有以下几个方面：1）易于实现系统的模块化。
软件无线电技术的基本设计思想就是模块化设计理念。
利用该技术，非常实现通信系统个的模块化设计。
通信系统的硬件平台和电气接口方面均严格遵循开放和统一的标准，如果需要进行维护或者提升系统性能，仅仅通过更换某一个模块便可以实现，而不需要更新整个系统；2）全面的数字化。
软件无线电技术能够为我们提供优秀于当前任何一个数字通信系统的全面数字化的通信系统。
这主要是因为软件无线电技术数字化处理的重点便是通信系统的基带信号、射频段以及中频段；3）功能的软件化。
软件无线电技术除了必需的具有良好通用性的硬件支持平台之外，其他的各种功能均能够通过软件编程的方式来实现。
一般情况下，软件编程可以实现以下这些功能，主要包括：信源编码、解码方式以及可编程的射频频段、中频频段、信道解调方式与信道调制方式等等；4）优秀的可拓展性。
软件无线电技术具有非常优秀的可拓展性，不管是系统功能的拓展，还是系统功能的升级，均可以非差轻松地完成。
由于软件无线电技术基于模块化、标准化、通用化的硬件支持平台，因此在硬件方面的可拓展性不大，其优秀的可拓展性主要体现软件方面。
如果想要对系统进行升级或者拓展仅仅需要对相应的软件进行升级或者拓展即可，非常方便。
升级和拓展软件要比改进和优化硬件电路简单许多。
借助于软件工具，能够根据实际需求来实现各种通信业务的拓展。
软件无线电技术综述
软件无线电技术综述一、概述随着信息技术的飞速发展，无线通信技术在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
传统的硬件主导的无线通信系统由于其固有的局限性，已无法满足日益增长的多样化、个性化通信需求。
在这一背景下，软件无线电技术应运而生，以其独特的优势引领着无线通信领域的新一轮变革。
软件无线电技术是一种基于数字信号处理（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）等先进技术的无线通信体系。
它的核心理念在于构建一个通用的硬件平台，通过加载不同的软件来实现各种无线通信功能。
这种技术范式不仅使得硬件平台能够兼容多种无线标准，如GSM、CDMA、WLAN等，还显著提高了系统的灵活性和可扩展性。
软件无线电技术的核心原理在于将模拟信号进行数字化处理，并在数字域上执行信号处理操作。
具体实现过程中，需要构建可编程的数字信号处理器（DSP）和FPGA等硬件平台，并开发相应的数字信号处理算法和软件模块。
通过这些技术和手段，软件无线电技术能够实现无线信号的收发和处理，从而满足不同的无线通信标准和功能需求。
软件无线电技术的应用领域广泛，涵盖了军事、移动通信、无线传感器网络、广播通信等多个领域。
在军事领域，软件无线电技术有助于构建灵活的军事通信系统，提高作战指挥效率和协同能力。
在移动通信方面，该技术能够实现多模多频的通信功能，支持多种无线标准，提升移动设备的通信能力和互联互通性。
在无线传感器网络和广播通信等领域，软件无线电技术也发挥着重要作用，推动着这些领域的持续创新和发展。
软件无线电技术以其独特的优势在无线通信领域展现出了广阔的应用前景。
本文将对软件无线电技术的定义、原理、发展历程、应用领域以及未来发展趋势进行全面综述，以期为相关研究和应用提供参考。
1. 软件无线电技术的定义软件无线电技术，是一种引领无线通信领域的技术革新。
它的核心理念在于利用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”，打破了传统通信设备仅仅依赖硬件来实现通信功能的局限。
软件无线电
软件无线电摘要：本文主要论述了软件无线电的基本概念、组成、关键技术、应用及制约因素。
1．软件无线电的基本概念软件无线电技术，顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。
这就打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局，所以说软件无线电技术的出现是通信领域继固定通信到移动通信，摸拟通信到数字通信之后第三次革命。
软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电的各种功能，从基于硬件、面向用途的无线通信机设计中解放出来。
软件无线电的核心是将宽带A/D和D/A尽可能靠近天线（将A/D和D/A由基带移到中频甚至射频），用实时高速DSP/CPU代替传统的专用数字电路做A/D转换后的一系列处理，将无线通信的各种功能用软件进行定义。
软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件更新改变硬件的配置结构，实现新的功能。
软件无线电采用标准的、高性能的开放式总线结构，以利于硬件模块的不断升级和扩展。
理想软什无线电的组成结构如图l一1所示。
2．软件无线电的组成及关键技术软件无线电技术是软件化、计算密集型的操作形式。
它与数字和模拟信号之间的转换、计算速度、运算量、存储量、数据处理方式等问题息息相关，这些技术决定着软件无线电技术的发展程度和进展速度。
软件无线电主要由天线、射频前端、宽带模数／数模转换器(ADC／DAC)、通用数字信号处理器(DSP)以及各种软件组成。
理想的软件无线电系统的天线部分应该能够覆盖全部无线通信频段，通常来说，由于内部阻抗不匹配，不同频段电台的天线是不能混用的。
而软件无线电要在很宽的工作频率范围内实现无障碍通信，就必须有一种无论电台在哪一个波段都能与之匹配的天线，所以，实现软件无线电通信，必须有一副可通过各种频率信号而且线性性能好的宽带天线。
射频前端在发射时主要完成上变频、滤波、功率放大等任务；接收时实现滤波、放大、下变频等功能。
浅谈软件无线电
软 件 无 线 电 的初 期 形 成 阶段 是 以 数 字 化 为 基
础 ， 数 字 无 线 电 为 雏 型 数 字 无 线 电 （ Ｒ） 于 对 以 Ｄ 源
作 者 简 介 ： 俊 辉 ， （ ９ ８一） １９ 孟 男 １６ ， ９０年 北 京 邮 电 大 学 无 线 通 信 专 业 本 科 毕 业 ， 程 师 ， 西 省 电 信 公 司技 术 发 展 部 从 事 传 工 山
１ ２ 软 件 无 线 电 的 产 生 和 发 展 ． １２ １软 件 无 线 电 产 生 的 背 景 ．．
随 着 通 信技 术 的 进 步 和 军 事 通 信 产 品 高 科 技 含 量 的不 断 增 加 ， 资 费用 急剧 增 加 ， 投 同时 ， 代 化 现
１ ２ ２ 软 件 无 线 电 的 发 展 历 程 与 趋 势 ．． 软 件 无 线 电 的 产 生 和 发 展 可 以 划 分 为 四 个 阶
关 键 词 ：软 件 无 线 电 ＤＲ Ｐ Ｓ ＤＲ ＤＲ 虚拟无线电 Ａ／ Ｄ／ ＤＳ Ｄ Ａ Ｐ
引 言 软 件 无 线 电作 为 无 线 通 信 领 域 的 新 发 展 和 未
来 移 动 通 信 基 础 的 关 键 性 技 术 之 一 ，表 现 出 巨 大 的
线 电” 的概 念 ，很 快 引起 了通 信 界特 别 是 军 事通 信
维普资讯
《 西 囿 信 科 技 ）ｏ ２年 第 ２期 山 ２ｏ
浅 谈 软 件 无 线 电
孟 俊 辉
（ 西 省 电 信 公 司技 术 发 展 部 ） 山
摘 要 ：主 要 介 绍 了软 件 无 线 电 的 产 生 和 发 展 趋 势 ， 现 的 基 本 原 理 和 架 构 ， 及 关键 技 术 ， 实 以 展 望 了 未 来 移 动 通 信 系统 的 应 用 前 景
软件无线电技术特点及其应用
构系统最早是由美国的Joe Mitola 在1992年5月提出的。
它的基本思想是使宽带A/D 转换尽可能靠近射频天线。
这意味着尽快将接收到的模拟信号数字化，并通过软件充分实现无线电台的各种功能。
软件无线电可以运行不同的算法来实时配置信号波形，因此它可以提供各种无线通信服务，例如语音编码，信道调制，载波频率，加密算法等。
一个软件无线电站不仅可以与其他现有的无线电站进行通信，而且还可以充当两个不同无线电系统之间的“无线电网关”，从而使两个无线电系统可以相互通信。
结构如图1所示。
图1 软件无线电结构框图2 软件无线电技术特点与常规无线系统相比，软件无线系统的结构有很大不同。
在传统的模拟无线电系统的情况下，射频部分，滤波等均采用模拟方法，并且特定频带和特定调制方法的通信系统对应于特殊的硬件结构。
随后开发的数字无线系统在低频部分使用数字电路，例如用于本地振荡器的数字频率合成器，源编码解码器和调制和解调由专用芯片完成，而射频部分和中频部分仍然是模拟的，它不能和模拟电路分开。
软件无线电系统的A/D 和D/A 转换从中频开始，并尽可能靠近RF 端，从RF 端开始，对整个系统频带进行采样，甚至进行数字处理直至射频。
也就是说，除了射频滤波以外，低噪声放大和功率的能相对独立，从而可以基于相对通用的硬件平台通过软件来实现不同的通信功能，以及工作频率和系统频率可以调整的频宽，调制模式，源代码等均受到编程和控制，系统的灵活性大大提高，这是软件无线电的突出特点。
通过预先分析传输信道和相邻信道的干扰特性，不仅可以传输信号，而且可以检测和确定最佳传输路径。
选择并确定最适合信道传输的调制和编码方法。
它确定宽带天线的位置，以便使传输波束获得最佳方向，并且可以自动调整适当的传输功率，以避免不必要的功率损耗。
它还可以分析在传输信道和相邻信道上接收到的信号的分布特性，自动调整接收天线的方向，并识别接收到的信号的调制模式和编码模式。
通过在硬件平台上安装其他软件，软件无线电可以完成各种功能，因此可以通过软件升级来实现系统功能，而无需更改硬件设备。
软件无线电基础知识概述
软件无线电基础知识概述综述软件无线电的起源、概念及特点，详细介绍它的基本结构及部分实现技术。
一、软件无线电的起源软件无线电(Software Radio)最初起源于军事通信。
军用电台一般是根据某种特定用途设计的，功能单一。
虽然有些电台基本结构相似，但其信号特点差异很大，例如工作频段、调制方式、波形结构、通信协议、编码方式或加密方式不同。
这些差异极大地限制了不同电台之间的互通性，给协同作战带来困难。
同样，民用通信也存在互通性问题，如现有移动通信系统的制式、频率各不相同，不能互通和兼容，给人们从事跨国经商、旅游等活动带来极大不便。
为解决无线通信的互通性问题，各国军方进行了积极探索。
1992年5月，在美国电信系统会议。
IEEENaTIonal Telesystems Conference)上，MITRE 公司的JoeMitola首次明确提出软件无线电的概念。
二、软件无线电概念及特点所谓软件无线电，就是说其通路的调制波形是由软件确定的，即软件无线电是一种用软件实现物理层连接的无线通信设计。
软件无线电的核心是将宽带A/D、D/A尽可能靠近天线，用软件实现尽可能多的无线电功能；其中心思想是在一个标准化、模块化的通用硬件平台上，通过软件编程，实现一种具有多通路、多层次和多模式无线通信功能的开放式体系结构。
应用软件无线电技术，一个移动终端可以在不同系统和平台间畅通无阻地使用。
软件无线电的主要优点是它的灵活性，可以通过增加软件模块，方便地增加新功能。
在软件无线电中，诸如信道带宽、调制及编码等都可以进行动态调整，以适应网络标准和环境、网络通信负荷及用户需求的变化。
软件无线电具有较强的开放性，由于采用标准化、模块化结构，其硬件可以随器件和技术的发展而更新或扩展，软件也可以随需要不断升级。
软件无线电推动了可编程硬件的发展，扩展了它的编程能力，提高了它的灵活性。
现在的无线通信设备包括手机都使用了DSP，但DSP软件大多固化在设备中，且DSP硬件是专用的。
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《软件无线电》作业
总结
第一章
1、影响天线效率的因素有哪些（答出至少三条）？
答：工作频率，天线长度，天线形状，天线架设的高度等
2、语音频率范围是300~3400Hz，当取f=3000Hz时，天线长度为多少时，
天线效率最高？
3、如何解决最简结构中天线效率低和无法多路传输的问题？
答：在其他参数相同的条件下，输入激励电流的频率越高，基本振子天线的电磁波越强，即天线的效率越高。
实际的天线电系统都采用了调制/解调技术，即在发射端用一个可选择的高频率的正弦波信号去调制需要传输的频率较低的调制信号，这个高频正弦波信号成为载波；在接收端采用解调技术再将调制的信号从载波上解出来，从而完成了信号的无线传输过程。
这也是解决不能多路传输的方法。
4、请画出无线电系统的实用结构。
5、常见的收/发双工技术
答：时分双工、频分双工和环形器双工
6、画出无线数字通信系统框图
发射端：
接收端：
7、画出无线电系统的实用结构图，并指出基带信号、中频信号和射频信号
的位置
答：同第4题
8、简述外差技术和超外差技术的概念，并画出超外差技术的框图：
答：外差技术：中频频率fIF固定不变，通过混频器本振频率fL和选频滤波器中心频率f0 = fRF同步改变来实现；超外差技术：当取中频频率fIF低于射频频率fRF且高于信号带宽B时
9、软件无线电的特点
答：功能的灵活性，结构的开放性，成本的集中性。
多功能、多频带、多模式。
具有可重编程、可重配置能力。
10、画出理想的软件无线电体系结构，并简述结构核心和构造思想
结构核心：使模拟信号转换为数字信号的部分尽可能接近天线
构造思想：不可能采用数字器件实现的部分放在模拟子系统中其他部分放在数字子系统中，例如载以获得最大程度的软件可编程性。
11、软件无线电的研究热点和难点
答：宽带/多频段天线、智能天线；灵活的射频前端设计；高速数模和模数变换器；高速信号处理器；软件无线电的信号处理算法；软件下载和软件重配置技术。
第二章
1、模数变换的主要步骤包括哪些？起作用是什么？
答：采样：连续时间信号的离散化；量化和编码：采样值的有限精度处理2、画出下面信号经采样后的频谱图（考虑两种情况：失真或非失真）。
3、低通采样定理是什么？
4、正交采样的基本结构
5、正交采样的实现结构
6、ADC和DAC在软件无线电系统中可能的位置
答：基带、中频和射频
7、ADC的基本结构
8、几种主要的ADC类型
答：并行比较式、子区式、双积分式、
9、ADC的主要性能指标
答：分辨率、转换时间和采样速率、转换误差、量化信噪比、孔径误差、无杂散动态范围、有效转换位数。
10、DAC的基本结构
11、几种主要的DAC类型，并指出下图为何种DAC，并指出其输入部分，输出部分，电阻网络，参考电压，模拟开关。
推导输出与输入的关系表达式
12、DAC 的主要性能指标
答：分辨率、转换误差、转换输出建立时间、转换速率。
第三章
1、画出内插器的结构图，给出相应滤波器的频谱特性。
画出如图信号波形在I=2
时的信号频域和时域输出波形，及经过滤波后的波形。
()
x n n
π
2π
π
-2π
-x
ω()
x
j X e ω
2画出抽取器的结构图，给出相应滤波器的频谱特性。
画出如图信号波形在
D=2时的信号频域输出波形，及经过滤波后的波形。
3、画出实用的分数率采样结构图，并给出滤波器的频谱特性。
4、为降低数字滤波器的要求，通常采用哪两种方法？
答：采用多相滤波器实现、采用多级级联方式实现。
5、请分别说出FIR滤波器的优缺点
FIR滤波器的缺点：1、FIR滤波器只有零点，而没有极点，因此不像IIR 滤波器那样容易取得比较好的通带和阻带衰减特性2、对FIR滤波器而言，要得到较好的衰减特性，一般要求较高的滤波器。
FIR滤波器的优点：1、由于没有极点，因而系统总是稳定的，在设计时可以省略对字长效应的估计与控制，以及对系统稳定性的反复验证。
2、容易实现
线性相位，这对软件无线电这种宽带甚至超宽带的系统尤为重要。
3、允许设计多通带滤波器。
6、半带滤波器的特性
第四章
1、基于采样方式的不同，软件无线电的组成结构哪几种，并分别画出框图：
答：1）射频全宽带低通采样软件无线电结构
2）射频直接带通采样软件无线电结构
3）宽带中频带通采样软件无线电结构。
2、数字变频器主要包含哪些结构？
答：1、数控振荡器(NCO numeric control oscillator)2、数字混频器3、数字滤波器
3、画出外差式接收机结构（画出数字混频，模拟混频），并说明该种结构的优缺点
优点：灵敏度高、选择性好、接收机增益分散于工作在不同频率的放大器上、中频部分可标准化，易于实现、整个系统性能良好。
缺点：需要高中频设置、需要高性能模拟滤波器，不能单片集成实现、由于是多变换结构，系统复杂度高、需要两个或两个以上的本振。
4、画出零中频接收机结构（画出数字混频，模拟混频），并说明该种结构的优缺点
优点：消除了中频部分，简化了接收机的结构，易于单片集成实现、大部分信号处理工作在较低的速率上，对处理器、的要求降低，并有助于降低系统的功耗、消除了相邻信道引起的镜像干扰问题，不再需要、由分立元件实现的模拟高Q值滤波器、只需要一个本振。
缺点：零频附近很不安全（直流失调、1/f 噪声、二阶失真）、需要高精度、宽带的正交变频设置、只有一级AGC，信号的动态范围相对较小。
5、对于直流失调采用的补偿手段有哪些？
答：1、频率调整（从本振泄漏角度入手）2、电容耦合（从消除直流信号角度入手）3、直流校准（从消除直流信号角度入手）。
6、画出两种低中频接收机结构，并指出其优点
优点：解决了零中频接收机的直流失调问题、减小了本振泄漏的影响、复杂度适中，比外差式低，比零中频高、同样具有模拟正交混频和数字正交混频两种结构形式、由于存在中频，因此需要抑制镜像信号，镜像信号抑制可以在正交下变频后，在较低的频率上完成，尽管镜像抑制能力要求仍较高，但总体实现难度比外差式接收机大幅降低了
7、图为哈特雷镜像抑制接收机，请分别写出AB点信号表达式，并分析哈特雷接收机是如何抑制镜像信号的。
A:
B:
8、在正交变频时，同相和正交两个支路的失配为什么会降低正交变频在防止原信号与镜像信号在变频后出现混叠方面的能力。
给出一种正交失配的补偿方案并简要说明其原理。
答：当失配现象出现时，原来单正频率的本振信号会分裂成对称的正、负频率本振信号，不难看到，这个负频率的镜像本振信号会造成正交变频结构镜像信号抑制能力的下降。
第五章
一、软件无线电体系结构包括哪些部分。
答：软件无线电体系结构是实现软件无线电概念的具体设计结构，包括硬件、软件和接口协议等部分，是软件无线电技术的核心软件无线电体系结构具。
二、硬件体系结构按各功能模块连接方式划分为哪几种结构？
答：流水式结构、总线式结构、交换式结构、计算机和网络式结构
三、对常用数字处理器，请分别按照可重编程能力、处理速度快慢来排序。
四、影响数字信号处理能力的度量有哪些？
答：1、时钟频率：时钟频率越高，运算速度就越快
2、指令执行速度：以一条指令的执行时间(ns)或每秒钟执行的指令数目来度量
3、操作执行速度：以每秒钟进行的操作数目来度量。
操作可分为定点和浮点，其单位有MOPS，MFLOPS和BOPS
4、乘法运算（MAC,乘法累加器）执行速度：以一次乘法运算的时间(ns)或每秒钟执行的乘加运算数目来度量
5、FFT运算执行速度：以运行一个N点FFT程序所需的时间来度量
五、软件无线电的软件部分应具有以下特点
答：具有良好的开放性，采用模块化结构、软件可重用：可以实现软件的“即插即用”
六、软件体系结构都包括哪些？
答：硬件特定的软件结构、开放的软件结构、面向过程的软件设计方法、面向对象的软件设计方法。
七、软件无线电可用的编程语言
答：汇编语言：可充分发挥硬件的性能优势，代码执行效率高、可读性、可修改性、可移植性和可重用性差，开发效率低、一般用于特殊场合，如对运算速度及实时性要求极高的场合。
高级软件语言：C语言：面向过程、C++ / Java语言：面向对象。
硬件描述语言：一种用形式化方法来描述数字电路和数字逻辑系统的语言、目前最主要的硬件描述语言有：VHDL和Verilog HDL。