论文-基于软件无线电的AM接收机

1绪论

1.1软件无线电技术简介

软件无线电，又称为软件定义无线电，是一种既能兼容多种通信制式的无线通信设备，也能满足个性化通信需求的无线通信体系结构和技术。

软件无线电可以将多种硬件单元和软件模块集成在一个物理平台上，通过软硬件的可重构过程，实现多频段、多模块之间的切换，完成无线通信系统的各种功能。它了克服了传统无线电以硬件为核心的设计局限性，增加了系统的灵活性，加快了产品的研发周期，所以它一经提出就受到了广泛的关注。

软件无线电的概念是美国MITRE 公司的首席科学家Jeo Mitola在1992年提出的,

当初是指宽频段、支持多种通信制式的无线电台。现在，软件无线电是指将模块化、标准化、通用化的硬件单元以总线或交换方式连接起来构成通用平台，通过这个平台实现多种无线通信功能的一种开放的体系结构和技术。

按照软件无线电的基本要求，一个理想的软件无线电系统应该是完全数字化的系统，即从天线接收下来的信号，直接进行模数变换（ADC），随后的处理均在数字域内通过配置软件来完成，这样就极大地提高了系统功能的灵活性。

软件无线电的技术优势有：（1）灵活性。软件无线电可以通过增加软件模块，很

容易地增加新的功能。（2）开放性。软件无线电采用标准化、模块化的结构，其硬件

可以随着器件和技术的发展而更新或者扩展，软件也可以随需要而不断升级。软件无线电不仅能和新体制电台通信，还能与旧式体制电台相兼容。这样，既延长了旧体制通信系统的使用寿命,也保证了软件无线电本身有很长的生命周期。（3）功能单元通用化，设备可互操作。（4）控制和处理软件化，系统生命周期长。

软件无线电是随着微电子技术的进步而迅速发展起来的新技术，在军事通信、移动通信、广播、定位、雷达、卫星通信等领域都有广泛的应用前景。

1.2软件无线电应用简介

在软件无线电概念提出不久,美军就提出了“易通话”(SPEAKeasy)科研计划,其主要任务是研制多频段多模式无线电台(MBMMR：Multi-Band Multi-Mode Radio)。该计划经历了两期研究，于1999年研制成功了多模多频段军用无线电台SPEAKeasy II。该设备

可工作于2～2000MHz,能同时处理4 种不同的信号波形,兼容美军当时的15 种电台。SPEAKeasy II的研制成功，证明了软件无线电基于总线架构是可行的，基于硬件的软件化无线电也是可行的。

美国麻省理工学院的“Spectrum Ware”项目，在软件无线电的发展历程中也具有标志性。它以更加软件化的角度提出了解决无线通信问题的方法，并运行一系列软件加以验证。其基本思路是：以ATM（Asynchronous Transfer Mode：异步传输模式）网络连

接的工作站为基础构成，在工作站的用户空间内完成所有的信号处理工作。

此后，软件无线电的研究日益深入，如欧洲的灵活的综合无线电技术（FIRST）计划、未来无线宽带多址系统（FRAMES）、SORT计划都使用了软件无线电技术。日本NTT公司研制出基于软件无线电技术的兼容PHS和WLAN的基站。澳大利亚ACT公司研制出可通过软件配置支持GSM、CDMA、UMTS和WCDMA的基站样机，实现了双向话音通话。

国内的清华大学承担了国家“863”软件无线电研究项目，研制软件无线电试验平台。武汉大学采用软件无线电技术实现了海洋环境监控雷达收发系统。中兴通讯研制的软件无线电产品荣获了国际电工委员会颁发的InfoVision奖。华为研制的基于软件无线电技术的SingleRAN网络已在欧洲商用。我国的TD-SCDMA无线传输标准也采用了软件无线电技术。

1.3AM接收机简介

提到“AM”这个缩略语，通信专业的人自然会明白它是“幅度调制（Amplifier Modulation）”英文单词的缩写，说到调幅制式的无线系统，家喻户晓的收音机是调幅技术最成功的应用案例，调幅收音机经历了近百年的发展历程，到现在仍在广泛地使用，可见这项技术的生命力是多么的强大。

1913年法国人吕西安、莱维利用超外差电路制作成了收音机，并申请了专利。1924年超外差收音机投放市场。

收音机经历了矿石收音机、电子管、晶体管、集成电路收音机阶段，目前正朝着DSP收音机、网络收音机、数字音频广播收音机的方向发展。收音机的发展史也从一个侧面反映了世界电子技术的发展历史。

在收音机发展历史中，超外差电路结构占有极其重要的地位，世界上99%的无线电收音机、电视、卫星地面站等都是利用超外差电路的工作原理进行工作的。超外差电路是美国工程师阿姆斯特朗于1913年发明的，所谓超外差是指通过输入谐振回路把发射台发射的高频调幅波频率选择并接收下来，再和本地振荡回路产生的本振信号一起送入混频电路中进行非线性变换，产生出两个频率相减后的差频信号，再经过中频谐振回路选择出差频频率，得到一个固定的中频调制波。调幅中频国际上统一固定为465kHz或455kHz。该固定中频频率比发射台发射的高频信号低，又比音频信号高，该固定中频被称为超音频信号，所以将这种接收方式称为超外差接收方式。另一种说法是：本地振荡电路产生的振荡信号比接收端的信号频率高一个固定中频，当接收信号频率变化时，本振信号也随之改变，时刻保持两者频率之差为固定中频，所以称为超外差。

超外差AM接收机的工作是：从天线接收到的广播高频调幅信号，通过输入并联谐振回路选频，选出所需要的电台频点送到变频电路，高频调幅信号在变频电路中与本机振荡器产生的高频等幅本振信号进行非线性变换，得到固定频率的中频调幅信号（固定

中频为465kHz或455kHz）。在变频环节，被改变的只是接收到的调幅波的载波频率，调幅波振幅的变化规律（调制信号，即发送的声音）并未改变。输入回路的调谐与本振频率的自动改变是通过同轴双联可变电容实现的。双联可变电容的一联接入输入谐振回路中，另一联接入本振谐振回路中，这两个谐振频率能同步变化，从而使两者的频率差值始终保持近似一致，该差值就是固定中频值。本振频率比输入谐振回路频率高一个固定中频值。变频之后的固定中频信号再通过选频回路选出，被送到中频放大电路中放大。放大后的中频信号接下来送入检波器进行幅度检波，从而还原出音频信号，然后再通过低频电压放大和后级的功率放大，推动扬声器工作，从而还原出被发射的声音。

超外差式接收机由输入调谐、本振电路、变频、选频、中频放大、检波、低频放大、自动增益控制、功率放大等部分组成。

超外差式接收机的优点是：灵敏度高、选择性好、通频带宽、工作稳定。缺点是：有镜频干扰（比接收信号高两个中频的干扰信号）、线性度差。

超外差接收机的框图如图1.1所示：

图1.1 超外差收音机原理框图

1.4软件无线电技术用于AM接收机设计的可行性分析

按照软件无线电的基本要求，一个理想的软件无线电系统应该是完全数字化的系统，即从天线接收下来的信号，直接进行模数变换（ADC），随后的处理均在数字域内由软件进行各种处理。比如在模拟域设计同时具有线性相位和陡峭下降沿的滤波器是相当困难的，而在数字域中用软件很容易就能实现，在数字域实现信号处理功能是不需要经过复杂的调谐过程，也不需要多级同步。理想软件无线电接收系统如图1.2所示。

这种理想的软件无线电接收机在工作频率达几百兆赫兹以上的无线系统中是不可

能实现出来的，主要原因是：对射频信号进行带通采样所需的采样速率至少是射频工作带宽的两倍，为了降低量化噪声，要求ADC有较高的采样位数和较宽的无失真动态范