软件无线电的主要原理及技术
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。
软件无线电原理与技术 (4)
信号x(t)，其采样速率为
2 fH n
fs
2 fL n 1
式中，n为正整数，满足：
(4-10)
1
n
ห้องสมุดไป่ตู้
fH B
c
1
(4-11)
第4章 采样技术与量化
图4-5 (a) 一般情况； (b) 整数、半整数频带情况
第4章 采样技术与量化
带通采样的结果如图4-6所示。带通采样后信号的频谱也同 样出现周期性的重复。具体就不再推导，请参阅相关文献。由图 4-6可以看出：
(1) 带通采样速率远低于低通采样速率。 (2) 时域高频的信号经过带通采样后成为了低频信号，这是 带通的混叠现象，如图4-6(a)所示。 (3) 实信号具有对称的正负频率部分，带通采样后由于混叠 造成正频率谱部分和负频率谱部分交替出现，带通采样速率必须 保证正负频率部分不发生混叠。这一点对带通采样速率的选取非 常重要。 下面分别详细说明这些问题。
在xs(t)中包含了x(t)的全部信息。
第4章 采样技术与量化 图4-2 采样频谱
第4章 采样技术与量化 如果该要求不能满足，则频谱之间会发生重叠而导致失真，
该失真称为混叠(Alising)。 图4-3所示为采样的混叠现象。
图4-3 采样的混叠现象
第4章 采样技术与量化
如果采样速率满足要求，则频移后有效的频谱分量相互
第4章 采样技术与量化
采样方式一般分为均匀采样和非均匀采样两种。非均匀采样 指采样点之间的间隔是非等间隔的，不论采样信号频率高低，非 均匀采样均可根据采样信号的频率自动调节采样点数，保持周期 内的采样点数固定，根据输入信号合理分配后续计算和存储资源。 但采用该方法会加重后续数字信号处理的负担，这对软件无线电 的实现不利。均匀采样以等时间间隔采样，采样后的信号频谱呈 周期性分布，有利于理论分析和具体实现的信号还原，适合于软 件无线电平台。
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
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。
通信中的软件无线电技术简介
通信中的软件无线电技术简介在现代通信系统中，无线电技术的应用越来越广泛，从短距离通信到长距离通信，从简单语音通信到复杂的数据传输，都离不开无线电技术的支持。
而软件无线电技术则是在无线电技术发展中崭露头角的一种技术，其能够通过软件方式实现无线电信号的生成和处理，可以节省设备成本，更灵活、高效地应用于各种通信场景中。
什么是软件无线电技术？软件无线电技术是一种新兴的数字通信技术，其底层实现原理是利用计算机或数字信号处理器（DSP）来实现无线电发送和接收信号的功能，而不需要传统的硬件来完成这些任务。
与传统的无线电通信系统相比，软件无线电技术具备更大的灵活性和可扩展性，可以根据需要快速配置和修改系统参数，实现多种通信模式和调制方式。
软件无线电技术的应用在无线电通信领域，软件无线电技术的应用越来越广泛，包括以下几个方面：1. 商业和消费电子软件无线电技术在商业和消费电子中有着广泛的应用，比如无线路由器、智能手机、蓝牙耳机、无线麦克风等设备，都使用了软件无线电技术。
2. 业余无线电通信业余无线电通信是一种爱好，也是一种紧急通信手段。
软件无线电技术在业余无线电中得到了广泛的应用，比如采用软件定义无线电技术的业余电台，可以实现多种通信模式和更高的带宽。
3. 军事通信军事通信是国家安全的重要组成部分，软件无线电技术在军事通信中的应用也越来越广泛。
软件无线电技术可以通过软件方式实现多种通信模式和调制方式，适应不同的战场环境和通信需求。
软件无线电技术的发展趋势软件无线电技术与现代通信技术的融合，将推动通信技术的快速发展和进步。
软件无线电技术在将来的发展中，将呈现以下几个趋势：1. 软件定义无线电技术将成为主流传统的无线电通信系统需要使用硬件电路来处理信号，其具备了固有的硬件限制，无法根据通信需求灵活配置和扩展，而软件定义无线电技术能够以软件方式实现无线电信号的发射和接收，因此将成为未来通信系统的主流技术。
2. 多天线技术将得到广泛应用多天线技术可以显著提高通信信号质量和带宽利用率，对于无线电通信领域而言，也有着重要的意义。
软件无线电技术1
按照矢量分布，从四个尺度均为0，到均为3，作者给出了对软 件无线电评价的级别，也是从0级到3级，如表1所示。目前很多的 可编程数字无线电处于级别1，美国军方的Speakeasy处于级别2。
表1 软件无线电的级别
软件无线 电级别
0级 1级 2级
固定功能，包括模拟无线电（*，0，0，0）如FM和数字无 线电（*，1，0，0），如寻呼机（1，1，0，0） 基带可编程（*，1，>0，>0） 中 频 可 编 程 （ * ， 2 ， >0 ， >0 ） 如 Speakeasy （ 1~n ， 2,2/3,1/2） 射频可编程，理想的软件无线电（1~n，3，1~3，3）
高度集成的通用硬件结构
射频接口 基地台 实时处理 脱机软件 业务开发 联机软件 可编程 处理器
可编程 处理器
宽带A/D/A
射频转换器
PSTN或其他通信网
2．2 软件无线电体系结构的分类 （1）基于DSP的设计
主要代表是美军的Speakeasy多频段多模电台。Speakeasy多 频段多模电台是一种军用软件无线电系统，用软件编程实现用户参 数或波形改变，而无需重新设计和构建无线电设备，使多种通信系 统互联，包括多种不同频段、通信制式、组网方式、调制方法、编 码方式等。大部分信号用通用可编程DSP处理，另一部分如高速 FFT和扩频匹配滤波器等，为达到实时处理要求用专用处理器实现 。基于DSP的设计是目前可实现的一种设计，通用性、灵活性比较 好，开发调试比较容易，性能比较好。
（2）基于通用处理器的设计
MIT计算机科学实验室开发的Spectrum Ware系统是一个以通 用CPU作为核心处理单元 ,主要用于无线通信系统设计和验证的实 验平台。通用机与DSP系统的最大区别是它不是一个实时的同步系 统，只能通过中断保持一定的同步，而不能对有严格定时的采样信 号做实时处理。 基于通用CPU的设计在可编程性、通用性、灵活性和开放性方 面都非常好，开发调试非常容易，最接近理想的软件无线电，是未 来的研究方向，具有深远意义。而且，通用计算机的并行处理和人 机界面大大优于DSP和FPGA系统。但是，由于通用计算机等技术 水平还达不到理想处理能力，目前性能比较差，成本相当高，实用 性不强。
软件无线电技术
软件无线电技术在现代的通信系统中，无线电技术是至关重要的一种通信技术。
随着技术的不断提高，传统的硬件无线电技术已经不能满足人们的需求，软件无线电技术应运而生。
在这篇文章中，我们将深入了解软件无线电技术。
什么是软件无线电技术软件无线电技术(Software-defined radio，SDR)是指通过软件控制的无线电系统，相当于将原本通过硬件实现的信号处理功能全部或部分转移到了软件中。
在这种系统中，无线电信号可以使用通用计算机上的软件进行处理和解码。
通俗地说，SDR是一种使用通用计算机作为数字信号处理器的无线电技术。
通过使用计算机处理无线电信号，可以实现更灵活、更高效的无线电通信。
SDR的工作原理SDR的核心是一个通用计算机，通过一些硬件设备与无线电信号进行交互。
与传统的硬件无线电系统不同，SDR的信号处理和解码功能全部或部分由软件实现。
软件无线电技术涉及到许多硬件设备，包括天线、前置放大器、模数转换器、数字信号处理器等。
这些设备共同工作，使信号传输更加高效、稳定，提高了信号的质量和可靠性。
在SDR中，无线电信号可以通过数字信号处理器进行处理和解码。
数字信号处理器是计算机中的一个硬件设备，它可以对数字信号进行实时处理和解码。
软件无线电技术的优势SDR相对于传统的硬件无线电技术有许多优势。
更灵活的频谱利用由于SDR可以实现实时处理和解码，所以可以根据需要改变通信方式，比如调整设备的信号处理算法、调整频率等，从而实现更灵活的频谱利用。
更高的通信效率SDR的频谱利用率更高，同时能够实时处理和解码无线电信号，大大提高了通信效率。
更容易升级和扩展由于SDR的功能实现大部分由软件完成，所以可以通过更新软件来实现设备的升级和扩展。
更好的抗干扰能力SDR可以通过处理无线电信号的方式来提高对抗干扰的能力。
SDR在处理干扰信号时，可以实时调整处理算法，从而更好地抵御干扰。
SDR的应用领域SDR已经被广泛应用于军事、航空、无线电电视等领域。
软件无线电的原理与应用
软件无线电的原理与应用1. 简介软件无线电是一种通过软件定义的方式实现无线电通信的技术。
它利用计算机软件来实现原本需要硬件电路来实现的信号处理和调制解调功能。
本文将介绍软件无线电的基本原理和应用。
2. 软件无线电的基本原理2.1 软件定义的无线电软件无线电利用计算机的数字信号处理技术来实现基带信号的处理和调制解调功能。
传统的无线电设备通过硬件电路来完成这些功能，而软件无线电则将这些功能移至计算机中的软件部分处理。
这样做的好处是可以通过改变软件的配置参数来实现不同的无线电通信功能。
2.2 软件定义的无线电系统架构软件定义的无线电系统由两部分组成：无线电前端和计算机后端。
无线电前端负责将无线电信号进行放大、滤波和变频等操作，使其适合输入到计算机中进行数字信号处理。
计算机后端则负责对输入的信号进行调制、解调、编码、解码等处理操作。
3. 软件无线电的应用3.1 无线电通信软件无线电可以应用于传统的无线电通信领域，如移动通信、卫星通信等。
通过使用软件定义的无线电设备，可以实现更加灵活和高效的无线电通信系统。
3.2 无线电频谱监测与管理软件无线电可以通过对无线电频谱的监测和管理，实现对无线电频谱的有效利用。
通过对无线电频谱的监测，可以及时发现并处理频谱污染和干扰问题，提高频谱利用效率。
3.3 无线电研究与实验软件无线电可以用于无线电研究和实验。
通过软件定义的无线电设备，可以方便地进行各种无线电实验和研究，快速验证新的通信协议和算法。
3.4 无线电安全与防护软件无线电也可以用于无线电安全与防护领域。
通过对无线电频谱的监测和分析，可以发现和防范无线电通信中的安全隐患，提高无线电通信的安全性和可靠性。
4. 软件无线电的未来发展软件无线电作为一种新兴的无线通信技术，具有较大的发展潜力。
随着计算机和通信技术的不断发展，软件无线电将在未来得到更广泛的应用。
预计在未来几年内，软件无线电技术将逐渐取代传统的无线电设备，成为主流的无线通信技术。
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
软件无线电技术集成技术和计算机技术的发展，使信号处理设备呈现了由模拟到数字、由专用硬件到软件替换的变革趋势。
通信设发备的发展也经历了这一过程：从模拟器件到对基带信号进行采样的数字接收机，再到对中频(射频)信号进行采样的“全数字接收机”。
软件无线电(Software Radio)是无线电通信方面的一种新的变革。
软件无线电技术是在通用的开放式无线电智能平台上，通过安装不同的软件来完成各种通信功能，系统的功能级是通过软件的升级来实现的。
软件无线电系统适用于多个频段，可灵活地改变运作模式，能与不同体制和标准的各种设备联瓦通和兼容，一、软件无线电的体系结构软件无线电的体系由天线、宽带射频转换器、A／D、D／A变换器与DSP(数字信号处理器)几部分组成。
软件无线电的关键部件是以编程能力强的DSP处理器来代替专用的数字电路，使系统硬件结构与功能相对独立。
DSP处理器用来完成中频(射频)、基带与比特流处理等功能。
软件无线电的硬件平台采用模块化没计，是一个开放的通信平台．通过加载不同的软件(需要时更换插卡)来实现不同的硬件功能。
但软件无线电的硬件平台要求较高，它需要有宽带射频前端、宽带A／D、D／A转换器和高速DSP，工作频率可高达几百兆赫兹。
因信号干扰很严重，所以，它必须多个CPU并行操作才能满足系统处理速度的要求。
另外，DSP处理数据要求高速转换，系统总线必须具有极高的I／O传输速率。
二、软件无线电技术的主要特点1．软件化软件无线电将A／D变换尽量向射频端椎拢，将中频以后全部进行数字化处理，工作模式由软件编程改变，包括可编程的射频段宽带信号接人方式和可编程调制方式等。
这样，就可以任意更换信道接入方式，改变调制方式或接收不同系统的信号。
同样，可通过软件工具来扩展业务、分析无线通信环境、定义所需增强的业务和实时环境测试，使通信功能由软件来控制。
因而．系统的更新换代变成软件版本的升级，开发周期与费用大为降低。
2．模块化软件无线电采用模块化设计，不同的模块实现不同的功能，同类模块通用性好，通过更换或升级某种模块就可实现新的通信功能。
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。
软件无线电第三章软件无线电的结构新版
任何一种调制形式的信号都可以分解出同相分 量和正交分量，用它们完全可以描述该给定信 号的特征，而对信号进行接收解调的目的实际 就是提取这两个正交分量。
1）数字混频法的实现如图所示：
S (n)
cos(0n)
H LP (e j )
I (n)
sin(0n)
H LP (e j )
这种结构模型必须首先确知在哪个信道上有信号。 其潜在问题是需要一个搜索或监视接收机的专用 设备对全频段进行搜索监视，如果搜索速度不够 快，就会遗漏或丢失信号。
通常，软件无线电采用宽带带通采样，采样的数 据包含多个信道的信息，如何同时处理这些信息？
引入并行多通道处理理论和软件无线电信道化结 构模型。
超宽带功 率放大器
超高速超 宽带A/D
fs 2 fmax
超高速超 宽带D/A
超高 速
DSP 软件
这种结构的优缺点
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。
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。
3.1.4 三种软件无线电结构的等效数字谱
X (n)
cos(0n)
H1(e j )
《软件无线电技术》课件
边缘计算技术可以将计算和数据处理能力从中心服务 器转移至设备边缘，降低延迟和提高响应速度。
物联网的广泛应用
随着物联网的广泛应用，软件无线电将在智能家 居、智能交通、智能工业等领域发挥重要作用。
软件无线电可以通过物联网技术实现各种设备的 互联互通，提高设备的智能化程度和用户体验。
软件无线电还可以通过物联网技术实现设备的远 程监控和维护，提高设备的可靠性和安全性。
谢谢聆听
信号处理复杂性
总结词
信号处理复杂性是软件无线电技术的另一个挑战。
详细描述
软件无线电需要处理各种不同的信号，包括模拟信号和数字信号，而且需要能够 快速、准确地转换和处理这些信号。这需要高效的算法和强大的计算能力，增加 了软件无线电的复杂性。
安全与隐私保护
总结词
安全与隐私保护是软件无线电技术必须考虑的重要问题。
详细描述
在无线通信中，安全和隐私保护至关重要。软件无线电需要 采取有效的措施来保护用户的隐私和通信安全，防止数据被 窃取或篡改。这需要在设计和实现软件无线电时充分考虑安 全和隐私保护的需求。
标准化与互操作性
总结词
标准化与互操作性是软件无线电技术的另一个挑战。
详细描述
为了实现不同厂商和不同系统之间的互操作性，软件无线电需要遵循统一的标准化协议和规范。这需要软件无线 电技术和相关标准不断发展和完善，以确保不同系统之间的兼容性和互操作性。同时，标准化也有助于推动软件 无线电技术的普及和应用。
的信号接收和发送，支持多种移动通信标准。
02பைடு நூலகம்
软件无线电技术可以提高移动通信系统的灵活性和可
软件无线电原理与技术 (7)
第7章 可重构多天线阵列
在理想情况下，智能天线可以做到将天线方向图主瓣对准有
用信号，而把副瓣或零陷对准干扰，一般M个天线阵元可以产生M-
1个零陷对准干扰方向。但实际的无线通信环境很复杂，干扰信号 很多，存在多径效应，自由度有限(由天线阵元数决定)，有用信 号和干扰信号在入射方向上只有很小的夹角等因素都使得实际情 况达不到理想的要求。但是追求最大的信噪比仍然是系统的最终 目标。
数字智能天线技术则指在射频或中频将模拟信号数字化，然 后利用丰富的数字信号处理理论和发达的集成电路技术造就的DSP、 FPGA或ASIC等实现快速的数字波束赋形(DBF，Digital Beam Forming)。
近年来，随着微计算机和数字信号处理技术的发展，智能天 线技术已经成为无线通信中最具有吸引力的技术之一。
因此，可重构多天线阵列和软件无线电两者是互补的关系。
第7章 可重构多天线阵列
可重构多天线阵列通常有两种主要的类型： 一种是基于波 束赋形的智能天线技术； 另一种是基于空间分集的多输入多输 出(MIMO)技术。这两种技术的着眼点不同，应用目的不同，但系 统构成形式是比较类似的，即均是多天线系统(一般可以根据发射 和接收两端天线的数目把系统分为SISO、SIMO、MISO、MIMO四类)， 在一些国外的文献中往往并不加以区分，常统称为智能天线技术 或MIMO技术。在这里，我们可以认为智能天线是一种特殊的MIMO 系统。下面分别对这两种技术予以介绍。
βxm cos sin θ βym sin sin θ βzm cosθ
(7-8)
这里， 2π ，为自由空间传输常量。
第7章 可重构多天线阵列
第m个阵元接收的信号为
um (t) Am (t)e j m (t)
第三章 软件无线电关键技术
46
3.1 射频/微波技术
射频前端技术
6、衰减器
衰减器是一类无源双端口器件,信号从一个
端口进入,当信号从另一端口输出时信号幅 值会有一定的衰减,我们将输入信号与输出 信号的功率的差值(对数)称为衰减值,单位 为dB(相对值)。
47
3.1 射频/微波技术
射频前端技术
7、终端器
终端(Terminator)是一个RF负载，无源器
24
3.1 射频/微波技术
微波“铁三角”
在微波技术与工程中，频率、阻抗和功率是 三大核心指标，故被称为微波“铁三角”。 这三个方面能够形象地反映微波技术与工程 的基本内容，它们既有独立特性，又相互影 响，如下图所示。
25
3.1 射频/微波技术
微波“铁三角”
26
3.1 射频/微波技术
微波“铁三角”
51
3.2 天线技术/智能天线
天线的基本概念
天线的定义 能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能 够有效地接收空间某特定方向来的电磁波的装置。 天线的功能： 能量转换－导行波和自由空间波的转换； 定向辐射（接收）－具有一定的方向性。
52
3.2 天线技术/智能天线
天线的基本概念
天线的辐射原理
导线上有交变电流流动时，就可以发生电
超短波（甚高频VHF）传播：超短波ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ指
波长为1米~10米（频率为30~300MHz）的 电磁波。超短波难以靠地波和天波传播， 而主要以直射方式（即所谓的“视距”方 式）传播。
19
3.1 射频/微波技术
无线电波的传播
微波传播：微波是指波长小于1米（频率高
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
软件无线电的主要原理及技术嘉兆科技本文主要介绍了软件无线电的概念、主要原理、关键技术及在生活中的广泛应用。
它是以开放性、标准化、模块化、通用性、可扩展的硬件为平台，通过加载各种应用软件来实现不同用户，不同应用环境的不同需求，是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线电通信体系结构，是数字无线电的高级形式。
首先介绍了软件无线电的理论基础，即带通采样理论，多速率处理信号技术，高效信号滤波，数字正交变换理论，这些都是软件无线电实现的理论基础，然后是其关键技术，宽带智能天线技术，A/D转换技术，数字上/下变频技术，数字信号处理部分，这些技术是实现软件无线电的关键和核心所在。
最后，对其应用领域也进行了描述，指出其在个人移动通信，军事通信，电子站，雷达和信息加电中的巨大潜力。
软件无线电这个术语最早是美军为了解决海湾战争中多国部队各军种进行联合作战时遇到的互通互操作问题而提出的新概念。
陆，海，空三军简单就工作频段来分，解决了互不干扰问题，但三军联合作战时互通，互联，互操作问题难以解决，于是1992年提出了软件无线电的最初设想，并于1995年美国国防高级研究计划局提出了SPEAKEASY计划，称之为易通话计划，其最终目的是开发一种能适应联合作战要求的三军统一的多频段，多模式电台，即MBMMR电台。
进而实现联合战术无线电系统（简称JTRS），它是在MBMMR的基础上提出的一种战术通信系统。
软件无线电以开放性，标准化，模块化，通用性，可扩展的硬件为平台，通过加载各种应用软件来实现不同用户，不同应用环境的不同需求，实现各种无线电功能，选用不同软件可实现不同功能，软件可以升级更新，硬件也可像计算机升级换代，可称为超级计算机。
它是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线电通信体系结构，是数字无线电的高级形式。
理想软件无线电的结构框图：一、软件无线电的理论基础•采样理论：由于软件无线电所覆盖的频率范围一般都要求比较宽，例如从0.1MHZ到2.2GHZ，只有具有这么宽的频段才能具有广泛的适应性。
对于如此宽的频带采用Nyquist低通采样所需的采样速率至少要大于4.4GHZ，在目前很不实际。
所以无法使用Nyquist采样定理，而必须采用带通采样。
一种接近理想化的软件无线电设计方案称为射频直接带通采样软件无线电体制，在天线与A/D间只存在跟踪滤波器和放大器，与软件无线电所要求的A/D 尽可能靠近天线的设计宗旨完全一致。
•多速率信号处理：带通采样定理大大降低了所需的射频采样速率，但从软件无线电的要求来看，带通采样带宽应越宽越好，对信号有更宽的适应性，这样就应当使采样速率尽可能地宽。
然而又会导致后续的信号处理速度跟不上，因此要对A/D后的数据流进行降速处理。
抽取和内插是最基本最重要的基本理论，对于软件无线电的研究及数字下/上变频器的实现有重大作用。
整数倍抽取是把原始采样速序列x(n)每隔（D-1）个数据抽取一个，形成一个新序列xD(m)，即xD(m)=x(mD)，这样经过抽取的数据流速率只有后者的D分之一，显然大大降低了对后处理速度的要求，也提高了频域分辨率。
这是软件无线电接收机的理论基础。
整数倍内插是在两个原始抽样点之间插入（I-1）个零值，也形成一个新序列xI(m),即xI(m)=x(m/I),经过内插大大提高了时域分辨率，也可以用来提高输出信号的频率。
显然内插器起到了上变频作用。
它是软件无线电发射机的理论基础。
整数倍抽取和内插都只是频率变换的一种特殊情况，实际中往往用到分数倍变换，它可通过先进行I倍内插，再进行D倍抽取来实现。
（注意必须内插在前，以免引起信号失真）。
•高效数字滤波：实现取样速率变换的主要问题是如何实现抽取前或内插后的数字滤波。
FIR滤波器相对与IIR滤波器有许多独特优越性，线性相位，稳定性等。
可采用窗函数法来设计，简单，直观，但滤波性能不是最佳。
也可采用最佳滤波器的设计。
半带滤波器适合于实现D=2的M幂次方倍的抽取或内插，计算效率也高实时性高。
而在实际的抽取系统中抽取因子D往往不是2的M幂次方，此时可以积分梳状滤波器和半带滤波器结合起来使用。
•数字正交变换理论：对一个实信号进行正交变换而用一个复解析信号来表示是因为从解析信号很容易获得三个特征参数：瞬时幅度，瞬时相位和瞬时频率，它们是信号分析，参数测量或识别解调的基础。
窄带信号可用解析信号和基带信号表示，对于要满足高虚假抑制的要求，可采用数字正交混频的方法实现，即先对模拟信号x(t)通过A/D 采样数字化形成数字序列x(n),然后与两个正交本振序列cos(w0n)和sin(w0n)相乘，再通过数字低通滤波器来实现。
在采样速率很高时，对后续的数字低通滤波实现较困难。
还可以采用基于多相滤波的数字正交变换，需用到抽取和内插理论。
二、软件无线电中的关键技术●宽频段智能天线技术软件无线电要求接收机从天线接收的应该是宽频带信号，同时，由于射频信号的高频率，使得信号干扰成为严重问题，为获取宽带信号和减少干扰，使用宽带智能天线成为最好的选择。
由于频谱资源的缺乏，提出了从空域来提高频谱利用率的想法，对位于不同空域的用户分配相同的时间，频率和伪码，通过电磁信号的空间隔离来消除用户之间的干扰。
智能天线就是在这种想法下提出的一种新型天线系统通过对多个天线阵元输出的信号进行幅相加权获得所需的天线波束指向来实现空间分离。
基于软件无线电的智能天线包括单信道智能天线，多信道智能天线和信道化智能天线。
它们的核心和理论基础是波束形成法。
●A/D技术软件无线电体系结构的一个重要特点是将A/D和D/A尽量靠近射频前端，为减少模拟环节，在较高的中频乃至射频信号进行数字化，要求A/D具有适中的采样速率和很高的工作带宽。
A/D的工作过程大致可以分为采样，保持，量化，编码，输出等几个环节。
在模数转换中，衡量A/D转换性能的指标有：A/D转换位数，位数越高，灵敏度越高；信噪比（SNR），提高采样频率或降低模拟信号带宽都可以提高A/D信噪比；无杂散动态（SFDR），反映的是在A/D输入端存在大信号时，能检测出小信号的能力；有效转换位数（ENOB），信号越大，信号频率越低，所得到的转换位数越多；孔径误差，是由于模拟信号转换成数字信号需要一定的时间来完成采样，量化，编码等工作而引起的，可在其前加一个采样保持放大器，从而减少孔径误差。
在软件无线电的设计中，A/D器件的选择应保证软件无线电功能和性能的实现，应遵循以下选取原则：1、采样速率选择：若A/D之前的带通滤波器的矩形系数为r,为防止带外信号影响有用信号，应取采样速率fs≥2B’=2rB,允许过渡带混叠时，fs≥(r+1)B2、采用分辨率好的A/D器件。
分辨率主要取决于器件的转换位数和器件的信号输入范围，转换位数越高，信号输入范围越小，A/D的转换性能越好。
3、一般来说A/D转换位数越高越好。
因为其转换位数越高，其动态范围越高。
4、根据环境条件选择A/D转换芯片的环境参数，其功耗尽可能的低。
5、根据接口特征考虑选择合适的A/D转换器输出状态。
●数字下/上变频器数字下/上变频器主要是基于前面所述的抽取和内插理论。
数字下变频（DDC）和模拟下变频是一样的，就是输入信号与一个本地震荡信号的乘法运算。
与模拟下变频相比，数字下变频的运算速度受DSP处理速度的限制，同时其运算速度决定了其输入信号数据流可达到的最高速率，相应也限定了ADC的最高采样率。
数字下变频器的组成包括数字混频器，数字控制振荡器（NCO）和低通滤波器。
NCO产生的本振信号输入到数字混频器与输入的信号进行混频。
数字混频器就是一个乘法器，信号经混频后，输出到低通滤波器以滤除倍频分量和带外信号，然后进行抽取处理。
由于下变频器工作原理较简单，可以很方便地利用FPGA或ASIC技术来设计实现。
典型的数字下变频有功能强大的单信道DDC产品HSP50214B及四通道的HSP50216。
数字上变频（DUC）的主要功能是对输入数据进行各种调制和频率变换，即在数字域内实现调制和混频。
典型的代表是只能进行单路数据调制的HSP50215和可进行四路数据调制的GC4114●数字信号处理数字信号处理器（DSP）是整个软件无线电方案的灵魂和核心所在。
软件无线电的灵活性，开放性，兼容性等特点是通过以数字信号处理器为中心的通用硬件平台及DSP软件来实现的，从前端接收来的信号或将从功放发射出去的信号都要经过数字信号处理器的处理：或进行频谱分析，信号解调，信号类型识别，或进行信号的数字上下变频，或进行各种式样的数字调制，数字滤波，比特流的编码，译码，同步信号的获取等。
软件无线电中的数字信号处理器除了能适应运算的高速度，高精度，大动态范围，大运算量外，还应具有高效率的结构和指令集，较大的内存容量，较低的功耗等特点。
DSP的重要特点是其处理速度远远大于一般的微处理器，功能是快速实现各种运算，尤其在卷积，相关，滤波，FFT等应用要用到的乘法累加运算中更能发挥其作用。
DSP的编程既可以用汇编语言又可以用C语言，极大地方便了其开发人员。
目前的DSP在功能和性能上都还不能满足软件无线电的要求，可以采用多率信号处理技术对采样信号进行预处理后（即所谓的数字下变频器）然后再用DSP来完成各种功能，也可以用多个DSP芯片并行处理的方法来提高DSP的数据处理能力。
三、软件无线电的应用●个人移动通信软件无线电把硬件作为通信平台，使其尽可能脱离通信体制，信号波形以及通信功能，尽可能多地用软件来实现，可扩展性强，成为第三代移动通信的基石。
把软件无线电技术应用到基站设计即软件无线电基站，它是一种多频段，多模式，多功能可扩展的“智能”基站，它根据不同时间，不同用户，选择最佳的工作频段，工作模式和与用户相适配的功能与用户进行信息交换，以极大地提高通信质量和服务质量。
除此之外，它还可用于多频多模手机，这一技术具有极大地挑战性。
●军事通信软件无线电最初是为了解决海湾战争中多国部队各军种进行联合作战时遇到的互通互操作问题而提出的新概念。
1992年提出了软件无线电的最初设想，并于1995年美国国防高级研究计划局提出了SPEAKEASY计划，称之为易通话计划，其最终目的是开发一种能适应联合作战要求的三军统一的多频段，多模式电台，即MBMMR电台。
进而实现联合战术无线电系统（简称JTRS），它是在MBMMR的基础上提出的一种战术通信系统。
●电子战电子战的主要特点是频段宽，待处理的信号种类多，而目前的电子战系统往往是在已知或事先假设的几种信号样式下工作，一旦目标信号特征或通信方式发生变化，往往误失战机，所以研究一种工作频段宽，波形适应能力强，可扩展性好，既能适应通信信号，也能适应导航和敌我识别信号的综合电子战系统是现代信息战争的必然要求，软件无线电恰好是解决这一问题的最佳技术途径。