数字中频滤波技术及其在软件无线电中的应用
软件无线电的原理与应用_第二章
带通采样定理
X(t): f∈(fL,fH),若
fS = 2( f L + f H ) 2n + 1
,
n取满足fS≥ 2(fH-fL)的最大正整数 则用fS等间隔采样得到的X(nTs)能准确恢复原信 号X(t).
f + fH f0 = L 2
,
B=fH-fL,
fS =
4 f0 2n + 1
n取满足fS ≥2B的最大正整数
Br f0 B
滤波 30M~500MHz
<
×
滤波
<
<
A/D fS=40MHz
DSP
fL1:1000M~1470MHz 步进10MHz
一个实用的宽带中频数字化接受机组成框图 优点：步进本振,简化了本振源的设计 缺点：天线与A/D间的模拟环节太多
三. 射频直接带通采样原理
一般信号(通信信号,雷达信号,遥测信号等)的瞬时带宽比较窄 例:VHF/UHF战术通信电台信号带宽(间隔)为 50KHz,25KHz,12.5KHz,非常规的扩频信号,带宽也只几 MHz, >100MHz信号很少
X(n) Z-1 I Z-1 D D I=D I I Z-1 I=D Z-1 I I I I Z-1/I Z-1 I
×
×
I Φ(n)
×
Φ(n)
×
I
(3)抽取内插器级联的等价关系
X(n) I X(n) D D1 I1 D=I I=D D2 I2 Y(m) Y(m) X(n) X(n) Y(n)
fS = 2BS (BS为信号带宽)
例: 常规军用VHF/UHF战术电台BS=25KHz, fs=2BS=50KHz, 要求在整个频带(0.1M~2.2GHz)设计具有相同带宽和阻带特 征的抗混叠跟踪滤波器.困难!! 采用超外差接收体制
数字信号处理技术在软件无线电中的应用
发送数据方式与上述的接收方式刚好相反, Harris的HSP50 2 1 5数字发送器将处理器模块送来的数字信号上变频到1 0 MHz中频,并通过DAC转化为模拟信号,经滤波后再调制到70 MHz中频上。
HSP50 0 1 6的最大输入速率为52 MSPS, 1 6bit数据输入,能提供大于1 0 2 d B的无失真动态范围(SFDR) ,通带波纹小于0 . 0 4d B,阻带衰减大于1 0 4d B,二次采样率从64～1 3 1 0 72 ,能方便地通过改变各种控制参数来改变信道的中心频率、带宽和二次采样率,图5给出了HSP50 0 1 6的结构框图。
采用AD6640芯片作为一个典型宽带无线接收机的ADC将简化接收机子系统的设计。其模块图如图4所示。该模块包括宽带IF滤波、放大、ADC、锁定、分信道和DSP接口。
2数字下变频部分
数字下变频(DDC)是A/ D变换后首先要完成的处理工作,包括数字下变频、滤波和二次采样。一般认为要进行较好的滤波处理,需要每采样点1 0 0次操作,对于一个系统带宽为1 0 MHz的系统,采样率大于2 5MHz,这就需要2 50 0 MIPS的运算能力,即使用并行处理算法,也需要多个高性能DSP。从现有关于软件无线电的文献中,都认为以现有DSP的水平,将这部分工作交由专用可编程芯片来完成是合适的,如美国“Speakeasy”软件无线电中使用Harris公司的DDC芯片HSP50 0 1 6。
个C6X能提供6. 4GIPS的处理能力。每个C6X的主机接口联至一个高度集成化的接口,这个接口包括一个总线桥,允许DSP与本地或主机PCI总线上的资源之间数据高效地传输。PCI/ PCI桥作为中断信号发生器和DMA,支持主机控制数据传输。MPC860 Power QUICC处理器则用于实时板上控制、信令和管理。
基于matlab的软件无线电滤波器设计文献综述
毕业设计（论文）文献综述软件无线电中的FIR滤波器设计1软件无线电的发展与应用软件无线电是最近几年在无线通信领域提出的一种新的通信系统体系结构，它的基本思想是以开放性、可扩展、结构最简的硬件为通用平台，把尽可能多的通信功能用可升级、可替换的软件来实现。
软件无线电是具有可重配置硬件平台的无线设备，可以跨多种通信标准。
因为具有更低的成本、更大的灵活性和更高的性能，软件无线电已迅速成为军事、公共安全和商用无线领域的事实标准。
SDR成为商用流行的主要原因之一是它能够对多种波形进行基带处理和数字中频(IF)处理。
IF处理将数字信号处理的领域从基带扩展到RF。
支持基带和中频处理的能力增加了系统灵活性，同时减小了制造成本。
无线标准不断地发展，通过先进的基带处理技术如自适应调制编码、空时编码(STC)、波束赋形和多入多出(MIMO)天线技术，支持更高的数据速率。
基带信号处理器件需要巨大的处理带宽，以支持这些技术中大计算量的算法。
例如，美国军事联合战术无线系统(JTRS)定义了军事无线中20多种。
而数字滤波器在软件无线电中的有着非常重要的地位。
调谐本振分波段滤波器放大放大DDCA/DDSP软件图1 宽带中频数字化软件无线电接收机框图2 数字滤波器国内外发展现状数字滤波在DSP（数字信号处理）中占有重要地位。
数字滤波器按实现的网络结构或者从单位脉冲响应，分为IIR(无限脉冲响应）和FIR（有限脉冲响应）滤波器。
如果IIR滤波器和FIR滤波器具有相同的性能，那么通常IIR滤波器可以用较低的阶数获得高的选择性，执行速度更快，所有的储存单元更少，所有既经济又高效。
数字滤波器精确度高、使用灵活、可靠性高，具有模拟设备所没有的许多优点，已广泛地应用于各个科学技术领域，例如数字电视、语音、通信、雷达、声纳、遥感、图像、生物医学以及许多工程应用领域。
随着信息时代数字时代的到来，数字滤波技术已经成为一门及其重要的科学和技术领域。
以往的滤波器大多采用模拟电路技术，但是，模拟电路技术存在很多难以解决的问题，例如，模拟电路元件对温度的敏感性，等等。
数字信号处理在软件无线电AD中的应用
• 采样频率（f） • 有效采样位数（N） • 信噪比(SNR)
A/D转化器 转化器
目前一些高速A/D器件参数表： 器件参数表： 目前一些高速 器件参数表
从中可以看出随着采样频率和输入带宽随着采样位数的增加，下降的很厉害 。 而采样位数N越高，SNR(对于PCM量化编码的A/D而言[SNR]=6.02N+1.76dB) 越高，而采样频率越低。又为了保证精度，采样位数在14位，因此如何设计一 个采样位数多（信噪比高），采样速率高，输入带宽大的ADC是软件无线电的 关键。
对软件无线电的一点认知-A/D技术 技术 对软件无线电的一点认知 报告人：戴鹏 指导老师：王老师
2011.11.25
目录
1 2 3 4 5
引言 软件无线电概念原理 A/D转换器 解决的方法 结束语
引言
自从1992年提出软件无线电的概念以来，最先在军 事通信领域得到了广泛的应用，其目的是为了实现不同通 信频段，不同的调制方式和数据编码方式的特殊军事电台 之间的互相通信，以及延长电台的使用寿命。近年来，随 着个人通信的迅速发展，在移动通信系统中，多种通信系 统体系并存，如美国的窄带CDMA，日本的宽带CDMA和欧洲 的机遇GSM的TDMA，由于各自利益关系，他们不可能统一 标准，因此为了密切跟踪发展的趋势，延长设备的寿命， 蜂窝基站的灵活性和兼容性变得十分关键，而采用软件无 线电可以很好解决这个问题。
A/D转换器 A/D转换器
软件无线电对A/D转换器的要求： 软件无线电对A/D转换器的要求： A/D转换器的要求
高采样速度
采样速度越快，频率越高 ，可恢复的宽带潜力就越 大。
带宽高，才有可能去处理 宽带RF信号转换为DSP能 处理的基带信号。
衡量性能指标主要有： 衡量性能指标主要有：
数字信号处理在软件无线电AD中的应用
数字信号处理在软件无线电A/D中的应用摘要:讨论了数字信号处理对软件无线电发展的影响及其在软件无线电中的应用。
并对在几种软件无线电结构中的应用作了讨论。
而A／D变换器是软件无线电的关键器件，本文主要介绍数字信号处理在A/D技术中得应用。
在介绍了软件无线电的概述和原理．转后介绍A／D变换器的研究现状和存在的问题，最后讨论了解决的办法并得出结论。
关键词：数字信号处理，软件无线电，AD，中频，射频。
一.引言1992年 5 月，在美国电信系统会议上首次明确提出了软件无线电的概念。
其中心思想就是以一个通用、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。
其主要特点有：尽可能多地采用dsp（数字信号处理）技术；开放程度高；适应性强；空中接口可下载。
其目的是为了实现不同通信频段，不同的词制方式和数据编码方式的特殊军事电台之间的互相通信，以及延长电台的使用寿命。
近几年来，随着个人通信的迅速发展，在移动通信系统中，多种通信体系并存，比较有代表性的是美国的窄带CDMA，日本的宽带CDMA和欧洲的基于GSM 的TDMA，由于受到各自利益的驱使，他们不可能统一标准，因此为了密切跟踪发展的趋势，延长设备的使用寿命，蜂窝基站的灵活性和兼容性变得十分关键。
而采用软件无线电可以顺利的解决标准兼容和灵活性的问题。
软件无线电是指将硬件作为无线通信的基本平台，把尽可能多的无线及个人通信功能用软件来实现，使得整个系统具有多频带通信，多标准兼容，可重新通过软件再配置等特点，具有很大的灵括性和兼容性，这是继模拟到数字，固定到移动之后无线通信领域的又一次重大突破，被称为第三代移动通信。
本文将首先概述数字信号处理技术在软件无线电中的几个关键技术；接着给出软件无线电的基本概念，并说明这些技术在软件无线电中的作用；然后文中主要讲述AD技术，介绍目前的发展状况和存在问题，比较现在的一些AD技术方法，发现不足，并给出一定的技术解决方案，最后是结论。
滤波器在无线电系统中的应用
滤波器在无线电系统中的应用无线电系统作为一种常见的通信系统，在现代生活中扮演着重要的角色。
而在无线电系统中，滤波器作为其中的重要组成部分，起着至关重要的作用。
本文将探讨滤波器在无线电系统中的应用，并介绍几类常见的滤波器及其特点。
一、滤波器的基本原理滤波器是一种用于去除或弱化指定频率范围内信号的电子设备。
它能够筛选出所需的信号，并削弱或阻止其他频率的干扰信号。
滤波器的基本原理是通过电路对不同频率的信号进行提取或抑制，实现对指定频率信号的处理。
二、低通滤波器低通滤波器是一种滤波器类型，它允许低于某个截止频率的信号通过，而阻止高于该截止频率的信号通过。
在无线电系统中，低通滤波器常用于电源滤波、信号处理等方面。
其特点是能够有效滤除高频噪声和干扰信号，提高系统的信噪比。
三、高通滤波器高通滤波器与低通滤波器相反，它允许高于某个截止频率的信号通过，而阻止低于该截止频率的信号通过。
在无线电系统中，高通滤波器常用于拒绝低频噪声和防止低频干扰。
它可以滤除电源中的直流分量，只传递高频信号。
四、带通滤波器带通滤波器是能够只通过某个频率范围内的信号的滤波器。
它可以同时滤除低于和高于某个频率范围的信号，只允许某个特定频率范围的信号通过。
在无线电系统中，带通滤波器常用于频率选择性的信号处理，如无线电广播调谐、音频信号处理等。
五、带阻滤波器带阻滤波器与带通滤波器相反，能够阻断某个特定频率范围内的信号。
它可以同时阻止低于和高于某个频率范围的信号通过。
在无线电系统中，带阻滤波器常用于干扰抑制和信号调理等方面。
它可以排除特定频率范围内的噪声和干扰信号。
六、滤波器在无线电系统中的应用滤波器在无线电系统中具有广泛的应用。
例如，在无线电广播领域，滤波器可以实现电台调谐功能，将广播频率范围内的信号进行提取和处理；在通信领域，滤波器可以用于语音和数据信号的处理，提高通信质量；在雷达系统中，滤波器可以帮助抑制回波中的杂波，提高雷达探测的准确性。
基于软件无线电的短波通信中频数字化
基于软件无线电的短波通信中频数字化关键字： 软件 无线电 短波通信 中频数字化引言软件无线电技术的宗旨是构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将无线通信的各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密抗干扰模式、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。
理想的软件无线电结构如图1所示。
其中，N-/RT为准时和实时;信源/信宿包括窄带业务与未来的宽带业务。
传统的短波电台由于频率资源拥挤，时变电离层信道严重的频率选择性衰落以及多径时延、各种大气噪声以及人为无线电噪声的影响，只适合于传输模拟话音以及低速率数据。
随着现代无线通信理论与软硬件技术的发展以及对电离层信道特性的深入探索，短波电台出现了以下几方面的变化：①采用跳频技术来提高抗干扰能力;②采用自适应通信技术来提高建链能力;③数据通信(包括图文数据及声码话数据等)成为重要的业务方式;④采用数字加密方式等。
理论上就目前ADC的速度而言能够满足对短波波段信号进行低通采样，但直接在射频端进行A/D转换存在以下问题。
①严重影响接收机的选择性和灵敏度，一般射频频段内会存在若干强窄带干扰，为防止超载并降低ADC的量化噪声，ADC必须具有大动态范围，而当信号很弱接近噪声基底时，ADC的无寄生动态范围SFDR指标决定了接收机总的SNR，ADC的实现难度很大;②短波波段带宽较宽，ADC前的宽带抗混叠滤波器与宽带放大器目前性能还不够理想;③ 数字信号处理器对射频段窄带信号进行信道分离解调难度很大;④ADC采样孔径抖动引起的信噪比恶化相对严重。
因此，目前对传统短波电台的数字化改造大都保留了电台的射频以及模拟混频环节，而在频率较低并且固定的二中频处进行。
本文中我们设计的短波中频数字化平台是在二中频500kHz处进行数字化，从而省去传统电台的边带滤波等一系列模拟解调环节，构筑一个统一的硬件平台实现单边带、调幅、等幅报音等的软件调制解调，并在此基础上加载跳频、自适应、并行及串行Modem 数传等调制解调模块。
东南大学2005-多采样率数字滤波器在软件无线电中的应用研究文库
东南大学2005-多采样率数字滤波器在软件无线电中的应用研究文库.txt -你脚踏俩只船,你划得真漂亮。
- 每个说不想恋爱的人心里都装着一个不可能的人。
我心疼每一个不快乐却依然在笑的孩子。
(有没有那么一个人，看透我在隐身，知道我在等人。
本文由毕韬贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。
建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。
东南大学硕士学位论文多采样率数字滤波器在软件无线电中的应用研究姓名:何健雄申请学位级别:硕士专业:信号与信息处理指导教师:吴镇扬 20050601摘要摘要多采样率数字滤波器在软件无线电中的应用研究硕士研究生:何健雄导师:吴镇扬教授东南大学无线电工程系继模拟到数字,固定通信到移动通信之后,软件无线电技术是第三次通信技术领域的革命.多采样率转换技术是实现软件无线电通信系统对各种通信标准兼容的关键.多采样率数字滤波器广泛应用于软件无线电中,它能降低信号处理的复杂度,增加应用的灵活性. 本文首先分析了软件无线电中带通采样,内插和抽取等多采样率数字信号处理技术,从最大限度降低系统运算速度要求和减少系统存储空间出发,将软件无线电采样率转换过程分为整数倍转换和非整数倍转换两个步骤来实现,并详细地讨论非整数倍采样率的转换方法.其次对软件无线电中各种多采样率数字滤波器的特性进行了详细的分析研究,并对软件无线电数字下变频常用芯片HsP50214B的结构原理进行分析,着重讨论了其中的采样速率转换过程. 最后,对HsP50214B中所采用的积分梳状(cIc),半带(船),有限冲激响应(FIR)数字滤波器的进行了研究和设计,并作了数字下变频(DDc)和信道分离的仿真实验,结果表明,多采样率数字滤波器在软件无线电的应用,能在保持有用信息不损失的基础上实现采样率变换,显著地降低系统运算速度,节省系统存储空间,有助于减轻后续处理系统的复杂性,保证系统的实时处理.关键词;软件无线电;采样率;抽取;内插:滤波器;数字下变频垒璺!!坠!!一ABSTRACTTHEIMPLICATIoN oF MULTI-SAMPLE—RATEDIGlTALFII』rER矾SoFTⅥAREJiaIl—xiong,Supenrisor:WURADIOZllen-yallgCalldidate:HERadio Engineermg Department,Southeast UniVersi可so竹ware Radio Tecllnology(SWR)hasbeenreco印ized di舀talasthethirdtransfo皿inthetelecommunication打eld after the aIlalog commuIlication to mobile communjcation.ThecommIIIlication,fixed communication to playsanmulti-s姗pIemteconversion(SRC)techniqueessential pan inenablmg the SWR system to match mum-coIIlrnunication standards.Multi-sample-rate dlgital nlte'which reduces mecomplexltyin handl.mg.signals锄denhaI】ces thenexibil磅ofimplication function,iswidelyused inme field This essay0fSWR. fi僦lymakesaresearchonband passs啪plingapplied inSWRsystem,inteI.polation andondecima廿on in multi.sample rate network and,on ttle baSis ofreducing the requjrementtocalculation speedthe minimum a11d memory space,divides the SRC system into two parts:decimation system for integralorf犯tor a11d for矗甚ctionalfhctotirrational fktoL andfu曲erdlscussesin detail the conversion of f}actionalSecondly'thewidely used inessay mal【esafunller a11aIysisonthe characteristicsofV撕0usmultl—s锄pIe—ratenltersSWR,Inaddition,tlle essay analyses ttle st兀lcmre of丹equency-shi丘ing chip HSP50214B InswR circumstance,putting the em曲aSis on血e processofs舢pling rateconversion. nlters like CIC,HB a11d FIR,onFinally,t11e essay discusses a工1d researches on廿le design of some which aredigi诅lused in HSP50214B.Besides,we madeprovesasimulation experhnemDDC柚dsignal diversion,call,on血e result of whichthat me implication ofmulti-sample—ra地di西tal6lter i11 soft,Vare radio廿le basis of realizing SRC,promjnentlyreduce therequirement of systemcalcul鲥叽speedaIld thememo叮space and th;reforecountmuch in reducing back_stage hafldling complexity and securing thesystematic halldling.m due tim e.1(ey words:sofhvareradjo,sample mte,decimati011,i11terpola廿on,filteL digi诅l down conVert 东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究:L作及取得的研究成果.尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果, 也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证啪而使用过的材料.与我一同:f作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意.研究生签名:!互垒垒鲴!目期:.奎￡.&:出东南大学学位论文使用授权声明东南大学,中国科学技术信息研究所,国家倒批馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印,缩印或其他复制手段保存论文.本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致.除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容.论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理.研究生签名:≤曼垒鱼筮导师签名:姜塑日期:坦￡:』:塑第一章绪论第一章绪论1.1软件无线电通信的发展状况和前景继模拟通信到数字通信,固定通信到移动通信之后,软件无线电是第三次世界通信技术领域的革命.所谓软件无线电,实际上是一种宽频段,支持多模式,由软件实现的无线通信模式.它使用通用的便件平台,将接收到的模拟信号尽可能靠近天线进行数字化,它采用模块化设计原则,具有开放式ISO/0SI体系结构,用软件来实现无线通信功能,从而使无线通信系统具有软件可移植性和功能可编程性,便于系统互联和功能升级."1"^. .软件无线电的概念最早在1992年5月美国电信系统会议上由MITRE公司的J.Mit01a首次明确提出,之后迅速风靡全球,1995年5月IE髓coⅢⅢunication Magazin曲寺别发表了一期无线电专刊,全面系统地介绍了软件无线电与数字无线电的区别,硬件和软件的实现方法,性能分析及其结构,为软件无线电的一些关键技术的研究提供了理论基础."'… 1996年10月我国将软件无线电技术列入国家"863"计划中的通信研究项目.近年来软件无线电技术己被广泛应用于陆地移动通信,卫星移动通信与全球通信系统,成为解决数字移动通信中多种'一不同标准问题的最佳选择方式.软件无线电的完全数字化,宽频带内的完全可编程性,系统功能的可扩充性,系统实现的模块化(各模块间的物理,电气性能指标符合统一,开放的接口标准等特性)囊括了朱来通信技术发展的主要趋势,而现代计算机技术,微处理器技术,DSP处理技术,VLsIcs以及AsIcS技术的广泛应用, 又为软件无线电的实现提供了软件及硬件基础.因此可以说,软件无线电技术正是为实现未来通信技术孕育而生的."'6;1.2软件无线电的关键技术,.●软件无线电技术的优势是显然的,但本身的发展过程也是i目难的,因为软件无线电技术的发展和推广应用依赖于以下几项关键技术: 1.宽带射频段的关键技术软件无线电台覆盖的频段为2MHz～2000删z,因此,其射频段应具有接入多仓波段甚至覆盖全波段的功能,致使其频率很高,带宽很宽,而现有技术无法研制出这种全频段天线,通常的方法是把工作频段分为2¨30MHz,30M～500Ⅻz,500M～2000姗Z三段进行实现,在一定程度,上解决了这个难题.2.A/D变换技术.ADC的采样速率和采样分辨率直接限制了软件无线电中数字信号的起点和终点,而这位置的确定又影响到系统软件化操作的能力.近年来,由于无线数字信号处理应用发展,使ADC 在采样速率和采样分辨率方面有了很大的提高.但离实际的软件无线电需求还有较大的差距.现在的解决办法主要是采用多个ADc并行处理或采用抑制信号动态范围的算法降低对A/D 变换的分辨率的要求. 3.数字前端的实现技术数字前端即数字中高频部分,主要完成sRC(采样率变换),信道抽取以及与各种通信标准适配东南大学硕士学位论文的功能.这一部分是整个数字信号处理中运算速度最快,运算量最大,功耗昂多的部分,也是实现软件无线电技术的瓶颈之一. 4.多DSP技术软件无线电的灵活和可配置能力的基础在于数字处理技术,而其核心就是DsP单元,限于目前的芯片处理能力,单独的DSP无法承担软件无线电所要求的数字信号处理,所以必须采用多DSP技术. 5.软件下载技术软件无线电设备要想自如地在不同制式的通信网络漫游,就必须使用灵活的动态下载技术,这对于系统的要求是很高的.现在常见的解决办法有静态下载技术和半静态下载技术两种."'711.3本课题的主要研究内容和意义1.本课题的研究背景和意义"'"" 综观软件无线电关键技术,发现采样率转换技术是整个软件无线电通信系统中的一个重要组成部分,在其关键技术——数字前端技术和多DsP处理技术中处于比较重要的地位,尤其是实现软件无线电结构的关键部分.因此,对软件无线电中的多采样率转换技术进行研究具有十分重要的意义. 首先,采样率变换是实现软件无线电通信系统对各种通信标准兼容的关键. 根据目前现状,各种移动通信标准很多,新旧体制混杂,不同标准的信号的符号速率(或chip 速率)是不同的.而不同标准所对应的数字信号,在正交调制后使用抽样判决的方法恢复码元信息时, 要求码元速率与抽取系统的输出速率必须满足特定的关系(如整数倍关系)等.以最常见的GsM,Is一95 及U]IlTS(uniyersalM0b"e Telecommunicationsystems)为例,他们的符号速率存在着咀显的差别,如GsM们比特速率为270.83Ksa叩1es/秒,Is一95的码元速率为1.2288Mchip/秒,UMTs的码元速率为3.84Mchips/秒.对每一个码元符号要取两个采样点,所以这三种通信制式所需要的采样率分别为GsM一541.6KsaⅢDles/秒,Is一95～1.2288Mchip/秒,uMTs一3.84Mchips/秒..采样率转换技术就是要完成软件无线电技术所要解决的使用通用硬件平台处理多种不同通信标准的信号这一功能.工程中,在设计软件无线电硬件平台时,通常使ADc工作在一个固定的采样频率上,然后通过采样率转换将信号的采样率转换到满足不同标准要求的数值上,进而使用DSP进行后续处理.同时由于上述固定的采样频率要高于任何一种标准所对应的采样频率,必然会导致其数值非常高,而实际的信号带宽比ADc输出的信号带宽要小得多,所以在A/D变换后应尽可能早的进行采样率变换,这对减小整个系统的功耗和减小后级处理的复杂度都具有非常重要的意义. 其次,采样率变换是缓解DsP处理"瓶颈"的有效手段软件无线电的最终目的是将尽可能多的通信功能采用软件实现,因此运算量很大.以中频段的数字处理为例:12.5姗z的移动蜂房波段用30.72唧z采样率采样,将频率搬移,滤波和抽取,至少要求对每个样本作100次以上操作,这等于3000MIPs(每秒百万次)的处理要求,尽管具有这种速度的 DSP已出现,但一般价格上可接受,实际上可使用的DsP处理能力只有儿百MIPs.因此在实时操作中, DSP成为了实现软件无线电的"瓶颈". 采样率转换技术与数字下变频技术的结合是解决这一问题的有效方法.用数字下变频实现从输2第一章绪论入的宽带高速数据流的数字信号中提取所需的窄带信号,使用采样率转换技术降低采样率,将高速数据流变成当前DsP可实时处理的低速数据流,借助多DsP并行处理. 最后,采样率变换是降低对A/D前端模拟器件要求的需要软件无线电中选择采样速率时,不但要满足Nyquist定理,而且要考虑A/D前端的抗混叠模拟滤波器的可实现性.一般通过提高采样率来降低对模拟抗混叠滤波器的要求,但同时会给后期处理增加了很大的运算负担.因此可咀在进行后期处理之前通过转换采样速率得到较低速率的,与符号速率成整数倍的采样信号,以此来减少后期数字处理的运算量.基于上述三种考虑,对软件无线电中采样率转换技术的基本理论及硬件实现的研究显得尤为重要. 2.本课题主要的研究内容如下: 首先,对软件无线电中带通采样,内插和抽取等多采样率数字信号处理技术进行了研究,从最大限度降低系统运算速度要求和减少系统存储空间出发,将软件无线电采样率转换过程分为整数倍转换和非整数倍转换两个步骤来实现.详细讨论非整数倍采样率的转换方法,包括转换因子为有理数和无理数的不同实现方法,并通过多相结构和级联结构等形式实现任意倍数的采样率转换. 其次,对软件无线电中常用到的各种多采样率数字滤波器特性进行了详细的分析研究,如适合于 D=2"倍抽取或内插的半带滤波器;适合于高速抽取和内插的积分梳状(cIc)滤波器;能有效降低计算复杂度的多相滤波器;能准确有效重建信号的正交镜像滤波器(QMF)组;量化误差稳健,时延单元最少的滤波器组格型结构;高效灵活的树状结构滤波器组等. 最后,对软件无线电数字下变频常用芯片HsP50214B的结构原理进行分析,对其中所采用的cIc, HB,FIR数字滤波器的设计方法进行了讨论,并对cIc,|IB,FIR数字滤波器和重采样分数倍采样率转换滤波器的级联实现进行了仿真实验,结果表明,多采样率数字滤波器在软件无线电的应用,能够在实现采样率变换,保持有用信息刁÷j最失的基础上显著的降低系统运算速度,节省系统存储空间, 减轻后续处理级的负担.东南大学硕士学位论文第二章软件无线电中的多采样率信号处理技术所谓多采样率是指在一个系统中存在着两个或两个以上的采样率,利用多采样率转换技术便于信号的存储,传送,处理,可以减少工作量.软件无线电的基本理论是带通采样定理,在前置窄带滤波器的配合下,采用几个有限的采样频率就能实现对整个工作频带内的射频信号进行直接采样数字化,然后通过软件或信号处理算法完成对各种类型或各种调制样式信号的解调,处理.带通采样定理的应用大大降低了所需的射频采样速率.为后面的实时处理奠定了基础.【8"】2.1信号采样理论软件无线电的核心是对天线感应的射频模拟信号尽可能地直接进行数字化,将其变换为适应于数字信号处理(DsP)或计算机处理的数据流,然后通过软件(算法)来完成各种功能,使其具有更好的可扩展性和适应性.所以,软件无线电首先面临的问题就是如何对工作频带(例如O.1MHz一2GHz)内的信号进行数字化,也就是如何对所感兴趣的模拟信号进行采样?采样的速率应该取多大?软件无线电中的采样有些什么特殊性?本节关于软件无线电的信号采样理论将回答这个问题.2.1.1基本采样理论——-Nyquist采样定理Nyquist采样定理:设有一个频率带限信号x(f),频带限制在(0,厶),如果以不小于厂尸2厶的采样速率对x(f)进行等间隔采样,得到时间离散的采样信号z(H)=xot)(其中t=1/正称为采样间隔),则原信号zfn将被所得到的采样值z(n)完全地确定."""1 也就说.如果以不低于信号最高频率两倍的采样速率对带限信号进行采样,那么所得到的离散采样值就能准确地确定原信号.采样信号之频谱为原信号频谱之频移后的多个叠加.如果原信号z(f)的频谱如图2.1(a)所示,则抽样信号的频谱如图2—1(b)所示(图中∞H=2刁名).一.HqoH∞一衄崖:m m二～咯一咐O吩(a),L 咐协图2.1采样前后的信号频谱血一∞Ho.H 吐)(b)图2—2信号重构滤波器4第二章软件无线电中的多采样率信号处理由图2—1(b)可见,以(缈)中包含有Z(珊)的频谱成分,如图中阴影部分所示.而且只要满足以下条件:D,≥2国H或疋≥2厶(2.1)则阴影部分不会与其他频率成分相混叠.这时只需用一个带宽不小于∞H的低通滤波器,就能滤出原来的信号x(r),如图2—2所示. 图2·2(b)所示的理想滤波器对应的冲击响应A(f)为:【8】呻M,睾∞∽=等脚∽当兀=2厶时: ^(f)=勋(∞Hf).(2_z)(2—3)式中,.妇(x)=业称为采样函数.根据图2.2(a)有(用符号+表示卷积运算):x(f)=x;(f)+矗(f)=艟卜叫叫小∽=∑x(一瓦)p(f一"t)+^(f)] =∑xot)-.%(国.f一,z瓦∞.) =∑x(")·勋(矾卜"石)(2.4)式(2.4)为采样定理的数学表达式,即只要采样频率正满足式(2.1),带限信号工(f)可以由其取样值T(月)来准确地表示.采样定理的意义在于,时间上连续的模拟信号可以用时问上离散的采样来取代. 2.1.2带通信号采样理论Nyquist采样定理只讨论了其频率分布在(o,厶)上的基带信号的采样问题,如果信号的频率分布在某一有限的频带(,L,厶)上时,那么该如何对这样的带限信号[见图2.3(a)】进行采样呢? 当然,根据Nyquist采样定理,仍然可以按工≥2厶的采样速率来进行采样.但是人们很快就会想到r当厶>>占=厶一^时,也就是当信号的最高频率厶远远大于其信号带宽B时,如果仍然按Nyquist采样率来采样的话,则其采样频率会很高,以致难以实现,或者后处理的速度也满足不了要求.由于带通信号本身的带宽并不一定很宽,那么自然会想到能不能采用比Nyquist采样率更低的速率来采样呢?甚至以两倍带宽的采样速率来采样呢?这就是带通采样理论要回笞的问题.东南大学硕士学位论文jH雨tn觅南危,(曲魑鳢～～△" 伴音1-圈2—3带通信号的频谱带通采样定理嘲:设一个频率带限x(f),其频带限制在(^,厶)内,如果其采样速率正满足:兀:紫..f2门+11P叫 (2_5)式中,"取能满足以≥2(厶一^)的最大整数(O,1,2,…),则用六进行等间隔采样所得到的信号采样H"I)能准确地确定原信号x(f).式(2-5)用带通信号的中心频率五和频带宽度曰也可表示为:式中,五=学,"取能满足工≥2B(B为频带宽度)的最大正整数.显然,当兀=等,B=厶时,m=o,式(2·6)就是Nyquist采样定理,即满足:工=2厶.由式(2_6)可见,当频带宽度B～定时,为了能用最低采样速率即两倍频带宽度速率(六=2B)对带通信号进行采样,带通信号的中心频率必须满足:厶=羔(2-6)兀:譬掣B或兀+厶=(2n+1)占∞(a))(2.7四)也即信号的最高(或最低)频率是带宽的整数倍,7如图2-3(b)所示(图中只画出了正频率部分,负频率部分是对称的).也就是说位于图2—3(b)任何一个中心频率为厶∞=0,I,2,3,…)带宽为口的带通信号均可以用同样的采样频率正=2B对信号进行采样,这些采样均能准确地表示位于不同频段(中心频率不同)的原信号‰(f),zl(≠),%(f),….…,"'上述带通采样定理适用的前提条件是:只允许在其中的一个频带上存在信号,而不允许在不同的频带上同时存在信号,否则将会引起信号混叠.例如当在(2口,3功频带上存在信号时(如图2.3(b)阴影部分所示),那么在其他任何频带上就不能同时存在信号.为满足这一前提条件,可以采用跟踪滤波器的办法来解决,即在采样前先进行滤波,如图2—4所示,也就是当需要对某一个中心频率的带通信号进行采样时,就先把跟踪滤波器调到与之对应的中心频率厶上,滤出所感兴趣的带通信号矗(,),然后再进行采样,以防止信号混叠.这样的跟踪滤波器称之为抗混叠滤波器.显然,如果滤6第二章软件无线电中的多采样率信号处理波器理想的话,采用同一采样速率(f=2B)就能实现对整个工作频带(如O.1^I丑l～1GE 乜) 上的射频信号进行数字化.例如取B=25≈胁,通过调节理想跟踪滤波器的中心频率,就能实现对0.1且Z地～1G爿≥频段内任何一个信道(信道间隔25t胁)上的带通信号进行采样数字化,然后用软件方法进行解调分析.上述频带宽度B不仅只限于某一信号的带宽,单从对模拟信号的采样数字化来讲,这里的日应理解为处理带宽,也就是说在这一处理带宽内可以同时存在多个信号,而不只限于一个信号.图2-4带通信号的采样图2.5带通信号采样的频率对应关系带通采样的结果是把位于(加,@+1)B))0=O,1,2,…)不同频带上的信号都用位于(0,B)上相同的基带信号频谱来表示.但要注意的是这种表示在为奇数时,其频率对应关系是相对中心频率"反折"的,即奇数通带上的高频分量对应基带上的低频分量,奇数通带上的低频分量对应基带上的高频分量.例如在(B,2口)上的高,低频两个信号与采样后在(O,日)上的信号对应关系如图2—5所示.而偶数频带与采样后的数字基带谱是高,低频率分量一一对应的(见图 2.5).这种奇,偶频带有别的频率对应关系在带通信号采样定理实际应用时是需要特别注意的."1…2.2采样率变换技术多采样率转换技术是指对信号的采样率进行抽取或内插处理,以便于信号的存储,传送和处理, 根据信号的具体情况(如工作频率,带宽,处理目的)不同,所采用的方法也不一样.本节介绍软件无线电中常用的采样率转换技术,如整数倍的抽取和内插,分数倍的抽取和内插,转换率的多级实现和带通信号的采样率变换等.2.2.1整数倍抽取所谓整数倍抽取是指把原始采样序列x0)每隔(D一1)个数据取一个,以形成一个新序列xD(m),即:%(m)=x("国)(2-8)式中,D为正整数,抽取过程如图2.6所示,抽取器用符号表示则如图2—7所示.很显然如果x(n)序列的采样率为工,则其无模糊带宽为六/2.当以D倍抽取率对x(肝)进行抽取后得到的抽取序列 x.(m)之采样率为工/D,其无模糊带宽为正/(2D),当x(")含有大于正/(2D)的频率分量时, %(朋)就必然产生频谱混叠,导致从x.(聊)中无法恢复x(胛)中小于六/(2D)的频率分量信号."17——一堡堕查主堡主堂堡笙壅盟屯口型)图2.6整数倍抽取图 2—7抽取器的符号表示图2-8抽取前后(D22)的频谱结构(混叠)可以证明,抽取序列的频谱(离散傅氏变换)xD0..)为抽取前原始序列之频谱x0,.)经频移和D倍展宽后的D个频谱的叠加和,如式(2.9)..7x.ce』.,=;i萋;xkJ(∞一2d),.]cz.,,图2-8给出了抽取前后频谱结构的变化图.由图可见,抽取后的频谱zD@")发生了严重混叠,使得从?%0")中已无法恢复出z0")中所感兴趣的信号频谱分量.但是如果首先用一数字滤波器(滤波器的带宽为)丌/D对x(e'.)进行滤波,使X0")中只含有小于万/D的频率分量(对应模拟频率为告工),再进行D倍抽取,则抽取后的频谱就不会发生混叠,如图2—9所示,这样%p")中频谱成分与J0")中的频谱成分是一一对应的.或者说%0一)可以准确地表示x."),进一步可以说膏..")可以准确地表示Ⅳ.")中小于吾或云正的频率分量信号.所第二章软件无线电中的多采样率信号处理以这时对x0'.)进行的处理可用对xD0'.)的处理来代替,但后者的数据流速率只有前者的D分之一,人大降低了对后处理速度的要求.堕逦一匹≧图2.9抽取(D=2)前屙的频谱结构(无混叠) 图2-10完整的抽取器方框图置低通滤波器可以省去.∑;』ll么.h一月.口2口m通过上述分析可以得出一个完整的D倍抽取器结构如图2-lo所示.图中日口(e")为其带宽小于石/D的低通滤波器.但有点需要指出,即当原始信号的频谱分工0")本身就小于石/D 时,则前2.2.2整数倍内插所谓整数倍内插就是指在两个原始抽样点之间插入廿1)零值,若设原始抽样序列为z(竹),则内插后的序列z,(m)为:麒m):Jz(弘肛0,+耻2.…)Io,其它内插过程如图2—1l(a),2一11(b)所示,内插的符号表示如图2一12所示.(2.1 o)下面讨论内插器的信号频谱x,0咖)与原始频谱x0..)之间的关系,由于z,(Ⅲ)除了以为Jr白々整数倍处为z(罢)外,其余为零,所以有:9东南大学硕士学位论文z心)=∑z,(m)z" =∑z(m弦"7=X0.)把z=P"代入式(2.42)可得内插后的信号频谱为:(2—11)x,0")=X(e")'(2.12)由式(2-12)可见,内插后的信号频谱为原始序列谱经借压缩后得到的谱.图 2.13给出了内插前后的频谱结构.其中图2-13(b)为内插后未经过滤波的频谱图,这时在x,0'.)中不仅含有z0'.)。
FPGA在软件无线电中的工程应用之数字滤波器篇
FPGA在软件无线电中的工程应用数字滤波器篇中嵌教育() 谢大钊 编著谢大钊 编著概述在本章我们要研究的是基于FPGA的数字 滤波器，现在数字滤波器日益成为一种主要的 数字信号处理运算。
因为RLC元器件实现的模 拟滤波器有很多的弊端，所以数字滤波器正在 迅速地代替传统的模拟滤波器。
谢大钊 编著数字滤波器的原理数字滤波器通常都是应用于修正或改变时域 中信号的属性。
最为普通的数字滤波器就是线性 时间不变量(linear time-invariant,LTI)滤波器。
LTI 与其输入信号之间相互作用，经过一个称为线性 卷积的过程。
表示为y=f＊x,其中f是滤波器的脉冲 响应，x是输入信号，而y是卷积输出。
线性卷积 过程的正式定义如下： y[n]=x[n] ＊f [n]=∑x[k]f [n-k]= ∑ f[k]x[n-k]谢大钊 编著数字滤波器的原理LTI数字滤波器通常分成有限脉冲响应 (FIR)和无限脉冲响应(IIR)两大类。
顾名思 义，FIR滤波器由有限个采样值组成，将上 述卷积的数量降低到在每个采样时刻为有 限个。
而ⅡR滤波器需要执行无限数量次卷 积。
谢大钊 编著常系数的FIR滤波器带有常系数的FIR滤波器是一种LTI数字 滤波器。
L阶或者长度为L的FIR输出对应于 输入时间序列x[n]的关系由一种有限卷积数 量形式给出，具体形式如下： y[n]=x[n]*f[n]=∑x[k] f [n-k] 其中从f [0] ≠0一直到f [L-1] ≠0均是滤波器 的L阶系数，同时也对应于FIR的脉冲响应。
谢大钊 编著FPGA实现数字滤波器利用FPGA设计滤波器时首先应该清楚 滤波器的一些重要参数，如下图所示。
H(e jω )1+δp 1 1−δp∆Fδ p → 通带波动 δ S → 阻带衰减 FC → 截止频率 F A → 阻带频率 ∆ F → 过渡带δs F c ωc FA ωA谢大钊 编著0.5 πf ωFPGA实现数字滤波器在大多数应用场合，滤波器都是LTI的 （也就是线性时间不变量），系数不随时 间变化。
软件无线电数字中频技术
软件无线电数字中频技术
苏莉;张骏凌
【期刊名称】《电讯技术》
【年(卷),期】1999(039)006
【摘要】在过去５年中，软件无线电从军事研究领域的概念发展成为第三代无线通信的基本策略思想。
软件无线电能支持多频段多制式要求，信号处理链可重组且同时硬件复杂度降至最低。
在目前情况下数字中频成为此发展趋势的恰当选择。
数字中频的特点是：支持系统可重组，大动态范围多频段多制式输入，高选择性，高稳定性，调试周期短，成本低。
本文讨论了数字中频的方案，并就数字中频的Ａ／Ｄ采样方案，数字下变频方案，欠采样和孔径抖动引入的
【总页数】6页(P40-45)
【作者】苏莉;张骏凌
【作者单位】电子科技大学;电子科技大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN92
【相关文献】
1.软件无线电的数字中频技术在WCDMA基站中的应用 [J], 唐睿;陈霞;谈振辉
2.基于SCA软件无线电的数字中频系统设计 [J], 赵秋明;丁云;翟江辉
3.软件无线电数字中频系统的设计与实现 [J], 王宁;张捷;张浩;龙飞
4.一种短波软件无线电台数字中频单元的设计与实现 [J], 李振友;权连让
5.多速率软件无线电数字中频系统的研究与实现 [J], 曹检飞;文双春;刘昱;文延东
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于软件无线电的中频数字化技术工程的研究与应用的开题报告
基于软件无线电的中频数字化技术工程的研究与应用的开题报告1. 研究背景和意义随着无线电技术的不断发展，软件无线电技术受到越来越多的关注。
在软件无线电技术中，中频数字化技术是其中一个重要的研究方向。
中频数字化技术是一种将射频信号转换成数字信号的技术，它可以将传统的射频电路转换为数字电路，从而实现数字处理，具有很高的灵活性和可靠性。
中频数字化技术在无线电领域中有着广泛的应用，例如数字广播、数字通信、数字雷达等。
随着数字化技术的不断发展，中频数字化技术的研究将对无线电技术发展产生重要的推动作用。
2. 研究内容和方法本研究的主要内容包括中频数字化技术的原理研究、中频数字化技术工程的设计与实现、中频数字化技术在无线电系统中的应用等。
其中，中频数字化技术的原理研究包括信号采样、信号混频、数字滤波等方面的研究。
中频数字化技术工程的设计与实现包括硬件设计和软件设计两个方面。
在硬件设计方面，研究人员将设计和制作一个中频数字化板卡，实现对射频信号的数字化处理；在软件设计方面，研究人员将编写相应的程序，实现数字信号处理算法的设计与实现。
最后，研究人员将探索中频数字化技术在无线电系统中的应用，包括数字通信、数字雷达、数字广播等方面的应用。
研究方法包括文献调研、实验研究、系统仿真等多种方法。
在文献调研方面，研究人员将查阅相关文献，了解国内外该领域的最新研究进展和成果。
在实验研究方面，研究人员将利用实验室的设备进行实验验证，验证中频数字化技术的正确性和可行性。
在系统仿真方面，研究人员将利用MATLAB等工具进行系统仿真，探索中频数字化技术在无线电系统中的应用。
3. 研究预期结果本研究的预期结果包括：1）对中频数字化技术的原理有深入的理解和掌握；2）设计和制作一个中频数字化板卡，实现对射频信号的数字化处理；3）编写相应的程序，实现数字信号处理算法的设计与实现；4）探索中频数字化技术在无线电系统中的应用，实现数字通信、数字雷达、数字广播等方面的应用。
软件无线电接收数字中频的设计与实现的开题报告
软件无线电接收数字中频的设计与实现的开题报告1. 研究背景和意义软件无线电是指利用数字信号处理技术完成射频前端到中频处理的信号处理过程。
相比传统无线电，软件无线电具有灵活性、可重配置性和高性能的优势，成为了现代通信系统的重要组成部分。
而数字中频接收机是软件无线电中的一种典型方案，实现了信号的数字化和处理，并可以通过软件实现各种分类、分析和解码方法。
本文将从数字中频接收机的设计和实现的角度，研究软件无线电技术在第三代移动通信中的应用。
通过学习和探讨数字中频接收机的实现原理和数字信号处理算法，提高软件无线电的能力和可靠性，从而为第三代移动通信技术的发展做出贡献。
2. 研究内容和方法本文将分析数字中频接收机的数据传输模式和数据处理方法，详细介绍数字信号处理算法的基本原理和流程，并阐述数字中频接收机硬件设计的基本原则和实现方法。
同时，基于MATLAB和Simulink软件，实现数字中频接收机，进行仿真和实际测试。
3. 研究的主要内容和预期目标本文的研究内容主要包括：(1) 数字中频接收机的数据传输模式和数据处理方法；(2) 数字信号处理算法的基本原理和流程；(3) 数字中频接收机硬件设计的基本原则和实现方法；(4) 基于MATLAB和Simulink软件的数字中频接收机仿真和实际测试。
预期目标：(1) 理解数字中频接收机的实现原理和数字信号处理算法；(2) 掌握数字中频接收机的硬件设计方法；(3) 能够基于MATLAB和Simulink软件实现数字中频接收机，并进行仿真和测试；(4) 完成可行性研究，为后续设计和应用提供支持和建议。
4. 研究难点和创新点(1) 数字中频接收机的数据传输模式和数据处理方法的研究；(2) 数字信号处理算法的实现和优化；(3) 数字中频接收机硬件设计的实现和测试；(4) 创新网格化设计方法，提高数字中频接收机的可重构性和稳定性。
5. 研究计划第一年：(1) 对数字中频接收机的数据传输模式和数据处理方法开展研究；(2) 实现数字信号处理算法，并进行性能测试；(3) 探讨数字中频接收机硬件设计的基本原则和在FPGA中的实现方法。
基于SCA软件无线电的数字中频系统设计
１００２－８６９２ （ ２０１１ ） ２３ －００５９－０４基于ＳＣＡ软件无线电的数字中频系统设计赵秋明丁云，翟江辉桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林５４１００４［摘要］数字中频是软件无线电平台的核心组成部分，对Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａ性能有很高的要求。
根据软件无线电ＳＣＡ规范，在已有的基带系统基础上，通过对器件选型、参数设定、滤波器设计等关键部分的详细分析，设计了一套与之匹配的数字中频系统，主要包括ＡＤ６６４５完成模数转换，ＡＤ９７７２Ａ完成数模转换，以及ＣＤＣＭ７００５专用时钟芯片为各部分提供时钟。
该数字中频系统以ＦＰＧＡ为桥梁，由ＤＳＰ管理系统进行统一管理，具有完全的可编程性，允许通过加载不同的软件来实现不同的功能。
数字中频；软件无线电；ＳＣＡ；带通采样ＴＮ９１１．７２ＡＤｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄｉｇｉｔａｌ ＩＦ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＣＡ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｄｅｆｉｎｅｄ Ｒａｄｉｏ ＺＨＡＯ Ｑｉｕｍｉｎｇ ＤＩＮＧ Ｙｕｎ ＺＨＡＩ Ｊｉａｎｇｈｕｉ 广西壮族自治区（省级）重点实验室主任基金项目（１０９１３）须至少通过降压＠＠［１］杨小牛，楼才艺，徐建良．软件无线电原理与应用［Ｍ］．北京：电子工 业出版社，２００２．＠＠［２］潘琦，张福洪．一种中频系统的设计［Ｊ］．电子器件，２００７，３０ （４）：１３５９．＠＠［３］王永纲，张万生，石江涛，等．通用无线数据通信平台的研制［Ｊ］．核 电子学与探测技术，２００５，２５（２）：１３９－１４０．＠＠［４］徐兴福．ＡＤＳ２００８射频电路设计与仿真实例［Ｍ］．北京：电子工业出 版社，２００９．＠＠［５］张福洪，杨小海，栾慎吉．基于ＡＤ９５１６的宽带高动态数字中频系统 采样时钟设计与应用［Ｊ］．电子器件，２００９，３２（６）：１０７２．２０１１－０７－１０。
通信电子中的信号滤波技术的应用
通信电子中的信号滤波技术的应用信号滤波技术是通信电子领域中一个非常重要的技术，它可以用来滤除噪声、干扰信号等无用信号，从而提取出我们需要的有效信号。
通信电子中的信号滤波技术应用非常广泛，涉及到各个领域，包括无线通信、有线通信、音频信号处理、图像信号处理等等。
本文将简单介绍一些通信电子中信号滤波技术的应用。
1. 无线通信中的信号滤波技术应用在无线通信中，由于信号在传输过程中会受到各种各样的干扰，所以需要对信号进行滤波处理。
无线通信中的信号滤波技术应用非常广泛，例如在移动通信中常使用数字滤波器、谐振器等滤波器对信号进行处理。
同时，在无线电频段，会产生一些干扰信号，例如由电视、收音机、雷达等产生的干扰信号，需要用滤波器对其进行过滤，避免影响正常通信。
2. 有线通信中的信号滤波技术应用在有线通信中，通常使用模拟滤波器对信号进行处理。
例如在电话机中，常使用模拟滤波器对语音信号进行去噪处理。
同时，在有线电话线路中也会受到一些干扰信号，例如电力线干扰、跨层干扰等，需要使用滤波器对其进行处理。
3. 音频信号处理中的信号滤波技术应用在音频信号处理中，常使用数字滤波器对信号进行处理。
例如在音乐中，常使用均衡器进行音调调整，它其实就是一个带通滤波器。
同时，在录音和播放中也要使用滤波器对信号进行处理，避免一些不必要的噪声和杂音影响音质。
4. 图像信号处理中的信号滤波技术应用在图像处理中，滤波器也是一个非常重要的工具。
通过对图像信号进行滤波处理，可以去除一些噪声、平滑图像等。
例如在图像边缘检测中，常使用Sobel算子进行滤波处理，可以提取出猫各属性的边缘信息。
总之，无论是在无线通信、有线通信、音频信号处理、还是图像信号处理中，信号滤波技术都是非常必要的。
通过对信号进行滤波处理，可以提高信噪比，改善信号质量，从而提高整个通信系统的效率。
因此，在通信电子领域工作的人员，都需要掌握一定的信号滤波技术。
基于软件无线电的数字中频信号处理平台的设计
基于软件无线电的数字中频信号处理平台的设计一设计的背景和需求软件无线电是近十几年来提出来的一种实现无线通信的新概念和新体制。
它的核心是: 将宽带A/D和D/A变换器尽可能地靠近射频或者是中频, 把硬件作为无线通信的基本平台, 并且尽可能多地采用软件来完成一些在传统意义上由射频及中频模拟电路完成的功能, 如系统的工作频段、调制方式由软件来定义, 增加了系统的灵活性。
应用了软件无线电技术的系统成本低, 升级换代方便, 只需改写软件, 不需做硬件的重新设计, 系统就可重复性得到改善, 还可通过相应软件设计就可以在同一硬件平台上完成多种标准、多种业务。
特别对于当前3G多种标准不统一的情况，软件无线电技术有很高的优越性。
限于目前的器件水平，要实现真正意义上的软件无线电平台，即在射频前端就开始采样和数字处理还无法做到，目前通常从中频开始应用软件无线电技术的相关设计思想。
TD-SCDMA直放站需要对基带信号进行处理，初期需要进行同步设计，后期需要进行广播信道解调。
出于研发及技术积累的需要，要求设计一套硬件平台，采用软件无线电的设计思想，完成对TD信号的解调设计。
同时为了满足其他3G标准和新产品的研制需求，要求该平台硬件上不需作大的改动，仅以软件算法上的变动来完成新设计的总体验证。
二方案的论证本文先从接收机角度讨论通用信号处理平台，先分析目前的接收机设计模式，然后给出平台的总体设计方案。
1 软件无线电的体系结构按照采样方式可以把软件无线电分为三种结构形式：（1）射频低通采样软件无线电结构如图1所示图1超宽带和超高速的ADC与DAC实现模拟和数字信号之间的转换，超高速DSP 实现对信息的全部处理。
此软件无线电的结构最为简单，模拟电路的数量减少到最低程度。
但是，限于目前的器件水平，很难达到，只是一种理想结构。
（2）射频带通采样软件无线电结构如图2所示图2其前端接收并不是全宽带的，而是先经过电调滤波选取所需的信号，再经过放大后，进行带通采样，由高速DSP进行处理。
数字滤波器技术及其应用.
为使模拟滤波器的某一频率与数字滤波器的任一频 率有对应关系引入待定常数c，
1T 1 e s c tan h( )c s1T 2 1 e
1T c tan( ) 2
(6 1)
s1T
仍将z e 代入，可得
s1T
1 z sc 1 1 z
1
cs z cs
z=est从S平面变换到Z平面的变换关系。 z=rejω s= σ + jΩ t z=rejω = e(σ + jΩ )t= eσ te+jΩ t r=eσ t ω =Ω T
S平面
jΩ
3π /T
Z平面
jIm[z]
π /T 0 -π /T -3π /T σ -1 0 1 Re[z]
二、混叠失真
数字滤波器和模拟滤波器频率响应之间关系 1 2 k j
-π
0
π
ω
ω π ω2 ω1 0
ω =2tan-1(Ω /c)
π ω2 ω1
|H(ejω )|
0
Ω1
Ω2
Ω
|Ha(jΩ )|
0
Ω1
Ω2
Ω
理想微分器经双线性变换后幅频响应产生畸变
解决办法：将频率加以预畸，即利用
c tan( ) 2 将数字滤波器的截止频率（即临界频率）变换成模 拟频率，利用这组模拟频率来设计模拟带通滤波 器，这是我们要求的模拟原型。 对这个模拟原形滤波器采用双线性变换，即可以得 到所需要的数字滤波器。
几种映射方法：冲激响应不变法、阶跃响应不变法、
双线性变换法。
冲激响应不变法
一、变换原理
冲激响应不变法是使数字滤波器的单位冲激响应序列 h(n)模仿模拟滤波器的单位冲激响应 ha (T )。即抽样 满 h(n) ha (nT ) 满足
数字滤波技术在通信电子中的应用
数字滤波技术在通信电子中的应用随着通信技术的不断发展和进步，数字化已经成为当今通信电子的发展趋势。
数字化的好处在于可以将信息转化为二进制数字，进而可以得到更高的精确度和更快的处理速度，这样可以更好地进行信息传输和处理。
数字滤波技术就是其中一个重要的应用，它在通信电子中有着广泛的应用。
数字滤波技术是一种数字信号处理的技术，是对采集到的信号的数字表示进行处理的过程。
与模拟滤波器相比，数字滤波器有着更好的精度、更强的可调性和更低的成本，因此在通信电子中被广泛使用。
数字滤波的基本原理是对输入信号进行采样，然后将采样后的数字信号进行处理并输出。
这个处理过程可以看作是将输入信号通过一个滤波器进行处理。
数字滤波器的基本结构包括输入单元、处理单元、输出单元以及滤波器系数。
在这些单元中，处理单元是最为重要的其中之一。
数字滤波器的类型有很多种，可以根据滤波器的传输函数、频率响应函数等参数来分类。
其中最常见的是低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
低通滤波器可以将输入信号中的高频成分消除，高通滤波器可以将低频成分消除，带通滤波器可以滤除某一范围内的频率，而带阻滤波器可以滤掉某一范围内的频率。
数字滤波技术在通信电子中的应用非常广泛。
首先是在数字通信中的应用。
数字通信是一种对原有信号进行数字化处理后传送的通信方式，它的优点在于具有可靠性、灵活性和可靠性高的特点。
数字滤波器可以在信号进行数字化处理后对噪声进行处理，进而消除噪声对信号的干扰，提高信号的传输质量。
其次，在无线通信中的应用也非常广泛。
无线通信中常常由于信号传输距离远、不稳定等因素导致接收到的信号质量不佳，甚至出现了信息损失。
数字滤波器可以在接收到的信号进行数字化处理后，将信号中的噪声和杂波去除，使信号质量得到提高。
此外，数字滤波技术还在成像、声音处理、信号处理等方面有着广泛的应用。
例如在成像方面，数字滤波器可以处理图像中的噪声、去除图像的模糊等；在声音处理方面，数字滤波器可以去除音频中的杂音，提高音质。
- 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)。
00696数字中频滤波技术及其在软件无线电中的应用刘东华① 欧建平② 【摘要】本文首先介绍了软件无线电的基本体系结构以及其中数字中频滤波(IF )的重要作用,具体说明了数字滤波器的实现,然后针对软件无线电所处理信号的不同特点着重分析了实现其下变频的数字中频滤波方法。
关键词:数字中频滤波 软件无线电 DSP一、引 言 软件无线电的概念是在1992年的全美远程系统会议上由J.Mitola 等人率先提出的。
其定义为:软件无线电基于一个硬件平台,其A/D (模/数)变换应尽量靠近天线,而将尽可能多的无线通信功能用软件来实现。
由此可见,软件无线电代表的是一个软件可重构的无线电体系,它的可重构性主要体现在其射频(RF )、中频(IF )以及基带信号处理可以通过软件编程来控制和实现。
其硬件平台可以用可编程的数字信号处理(DSP )芯片或可重构专用功能信号处理器来实现。
DSP 与传统的模拟技术相比,不仅使系统的性能有很大提高,也为系统的实现提供了更高的灵活性和稳定性,从而更有效地用于不同传输带宽的通信系统。
近年来,随着集成电路(IC )制造工艺的提高,尤其是CMOS 工艺及新的DSP 算法和结构的出现,使得数字信号处理的功能有了很大提高,某些系统甚至可以实现全数字处理。
如今,DSP 对数字信号的处理能力已由基带处理发展到中频处理,它可以实现调谐、中频滤波、信号选择以及上、下变频等。
由于可以利用DSP 完成软件无线电中从中频到基带的整个信号处理部分,从而使软件无线电从概念转变为现实产品成为可能。
DSP 的中频处理能力使得数字中频滤波成为软件无线电中信号处理的关键技术之一,下面我们针对软件无线电的结构特点和系统要求来讨论数字中频信号处理的特点和具体实现。
二、软件无线电中的中频处理结构 图1给出了通用软件无线电体系的顶层结构。
它主要包括宽带天线、射频处理、中频处理及基带处理几个部分。
其中天线部分可以采用多频带智能天线技术实现;射频处理和本振两部分实现射频信号和中频信号之间的转换;中频处理部分完成信息承载信号在基带和中频之间的转换;基带处理部分主要完成数据信号的调制和解调。
从图中可以看出,在软件无线电结构中,下变频端将接收—42—《无线通信技术》2000年第2期①②欧建平 国防科技大学电子科学与工程研究所 博士研究生刘东华 国防科技大学电子科学与工程学院 博士研究生的有用信号由射频转换到中频进行处理;而在上变频端,则要将信号从中频转为射频,再由天线发射出去。
软件无线电的中频处理部分主要包括数据上变频、下变频处理、A/D 变换以及数控振荡器(本振)等。
在软件无线电中,中频处理部分的实现结构取决于数字下(上)变频转换器的处理对象是宽带信号、窄带信号、还是多重窄带信号(相应的信道模型为宽带单信道、窄带单信道和窄带多重信道)。
宽带信号是指通过数字下变频处理后信号带宽比输入带宽宽10%以上的信号,这种情况下对信号处理器件的使用产生了一定的限制;而窄带信号的带宽比输入信号带宽要窄得多,故存在一定的处理增益;多重窄带信号对处理器件的要求与窄带信号的要求类似。
随着通信技术的发展,对于数字中频处理器件的要求也越来越高。
数字下(上)变频器主要包括一个数字本地振荡器、一个数字混频器和一个抽取(插值)滤波器。
对于多重信号而言,可通过复用转接器来完成分布式并行处理与多重输出之图1 通用软件无线电体系结构图间的转换。
此外,对于单个信号,可以利用直接变换接收机将射频信号不经过数字或模拟中频处理而直接转换为基带信号。
但对于多重信号来说,通过数字中频滤波可以在存在远近效应的情况下提高抗干扰性能和获得较高的信噪比。
三、数字滤波的特点 1.数字滤波原理 数字滤波器是对数字信号实现滤波的线性时不变离散系统。
它的实质是一个运算过程,即输入的数字信号序列通过特定的运算转变为输出的数字序列。
时域上两个序列的线性卷积相当于在频域上其相应的频谱序列的乘积。
滤波从本质上来说,就是滤波器冲激响应的傅立叶变换所得到信号频谱的乘积。
对于时域离散系统,它的频域特性为Y(e iω)=X(e iω)・H(e iω)(1)其中X(e iω)、Y(e iω)分别为数字滤波器的输入序列和输出序列的频域特性(离散频谱), H(e iω)是系统单位冲激响应的频谱,即滤波器的频率响应。
可见,X(e iω)经过滤波后,变成X(e iω)・H(e iω)。
因此,只要按照输入信号频谱的特点和处理信号的目的,选择合适的频率响应H(e iω),使得滤波后的输出Y(e iω)满足系统要求即可。
2.数字滤波器的类型及比较 数字滤波器按其单位冲激响应的时域特性可分为有限冲激响应滤波器(FIR)和无限冲激响应滤波器(IIR)。
IIR滤波器有一个或多个非零反馈系数,其反馈项包括一个或多个极点,当有冲激信号激励时,IIR滤波器总是有一个输出;FIR滤波器没有非零反馈系数(不存在极点),故当有冲激信号激励时,则输出是有限长的,其长度为计算循环长度。
由于IIR滤波器既有前馈多项式,又有反馈多项式,故对于给定的滤波器阶数,它的传输特性更明显一些。
通常在满足同样设计指标情况下,FIR滤波器的阶数大约是IIR 滤波器阶数的5～10倍。
但是,IIR滤波器的相位是非线性的,而且,由于反馈环的存在,IIR滤波器的自适应性很差,而FIR滤波器由于具有全零结构,当其系数是对称的时—52—《无线通信技术》2000年第2期(在许多滤波应用中系数都是对称的),其具有线性相位特性,且不存在反馈,所以在许多通信系统中都采用FIR滤波器作滤波。
此外,FIR滤波器的单位冲激响应是有限长的,必是稳定的,而IIR滤波器采用递归结构,极点必须在单位圆内时才稳定,对于有限精度的计算,容易引起振荡。
数字滤波器可以用通用DSP来实现。
这些处理器可以方便地实现次MHz频率范围的数字滤波器。
这是因为要实现对RAM，ＦＩＲ或ROM中数据进行乘．２（Ａ）－４主要包括数据的上、下变频处理、A/D变换以及数控振荡器等几个部分。
其中数字下变频转换器(DDC)利用低通抽取滤波将中频信号转化为基带信号。
数字上变频处理器(DUC)的处理过程与DDC的处理过程相反(也即利用插值滤波将基带信号转化为中频信号)。
中频波的实现结构根据数字下(上)变频转换器的操作对象是宽带信号、窄信号滤波处理,则需要为M个对偶实数混频器的M个数字本振设置不同的空间频率。
而多路转接器通过离散傅立叶变换(DF T)和滤波代替了本振和混频器,它可以利用快速傅立叶变换(FF T)来简化计算。
也即针对相同的输入数据,采用FF T完成M个正交本振和混频操作。
在DF T输入端,抽取滤波器可以采用多相位(M个相位)结构。
多路转接器的计算量远小于M个窄带下变频的计算量。
这种方案是可取的。
图5 多信号接收数字中频处理框图 3.宽带单信号数字中频滤波 当中频信号的带宽与基带信号带宽之比小于10:1时,采用宽带单信号数字中频是合适的,而且优点是非常明显的,这些优点包括:(1)动态范围较大;(2)频率选择精确;(3)滤波特性良好;(4)可以捕获不同带宽的多重信号。
宽带数字中频必须保证滤波器的抽取比率低于10:1。
典型的应用是通过一个频率为有用信号中心频率的本地振荡器进行数字混频,将实数中频信号转换成基带信号,从而将中心频率移到d c处。
对得到的复信号通过低通滤波,然后抽取,最后用与其带宽相对应的基带抽样速率对其进行抽样,得到正交基带信号。
类似于窄带数字中频,可以用两个相同的实数滤波器串接起来完成上述过程,一个位于同相链路,一个位于正交链路。
由于所采用的抽取因子较小,故滤波器可以采用一级或二级半带FIR滤波器来实现。
半带FIR滤波器可以实现两倍的抽取,其截止频率位于通带频率的中间位置,其6dB衰减点位于采样频率的1/4处。
而且它的频率响应关于这一点对称。
在时域上,它的冲激响应关于零点对称,而且有近乎半数的滤波器系数为零,也即h(i)=h(-i) 0,1,Λ…N(2)h(2)=h(4)=Λ=0(3)其中N为滤波器长度。
半带FIR滤波器可以在带宽减小不是很多的情况下实现基带正交变换。
而且由于其对称特性使得它在实现时所需要的乘法次数仅为任意FIR滤波器乘法次数的1/4,从而在应用中使计算变得简单。
由于标准的半带FIR 滤波器只能实现两倍(级联情况下抽取率是2的幂次)的抽样率,对于要求抽取率不是2的幂次的应用系统,可以在抽取系统的第一级采用一个简单的整系数FIR滤波器,然后各级仍用半带滤波器级联的形式来解决。
五、结束语 软件无线电技术是一种实现无线通信的新体制,它由于具有开放式的硬件平台和很强的软件可重构性,从而使软件无线电具有很大的通用性,而且由于在软件无线电的中频部分开始就可以利用DSP来进行处理,考虑到DSP强大的数字计算能力和可重构性,通过DSP技术和软件无线电体系的完美结合,必可实现多频段、多用户、多体制的无线通信系统。
(下转第45页)—82—《无线通信技术》2000年第2期技术难点,又非常适合于作为辐射单元来构成能真正实现宽角扫描的相控阵天线。
因此我们认为这种八臂螺旋天线有着广阔的应用前景。
参考文献1 J.M.Tranquilla and S.R.Best.A Study of the Quadrifilar Helix Antennafor G lobal Position S ys2 tem Applications.IEEE Trans.A2P,1990,38(10)2 C.C.K ilgus.Resonant Quadrifilar Helix Design.Microwave Journal,1970,13(12)3 H.S.C.Wang.Theoretical Design and Predictions of Volute Antenna Performance.IEEE Trans.A -P,1991,39(8)4 A.T.Adams et al..The Quadrifilar Helix Anten2 na.IEEE Trans.A-P,1974,22(2)5 藤本共荣等著,杨可忠等译.移动天线系统手册.北京:人民邮电出版社,19976 中华人民共和国专利.Z L95240143.6(1999211215收到) (上接第28页)参考文献1 R.E.克劳切,L.R.拉宾纳.多抽样率数字信号处理.北京:人民邮电出版社,1988年2月2 M.Joe.The S oft Radio Architecture.IEEE Com2 munications Magazine,May,19953 肖维民,许希斌等.软件无线电综述.电子学报,1998,24 H.J.Oh et al.On the Use of Interpolated Second Order Polynomials for E fficient Filter Design in Programmable Downconversion.IEEE Journal on Selected Areas in Communications,A pril,19995 K.C.Zangi and R.D.K oilpillai.S oftware Radio Issues in Celluar Base Stations.IEEE Journal on Selected Areas in Communications,A pril,1999(2000201211收到) (上接第41页)同时,也要关注X接口和F接口。