软件无线电_第四章_软件无线电的硬件实现

软件无线电中的放大器
• 输入/输出驻波比：微波放大器通常设计或 用于50Ω阻抗的微波系统中，输入/输出驻波 表示放大器输入端阻抗和输出端阻抗与系统 要求阻抗(50Ω)的匹配程度。 VSWR = (1 + |Γ| ) / (1-|Г| ) ； • 其中反射系数Γ= ( Z-Z0 )/( Z+Z0 )；Z为放 大器输入或输出端的实际阻抗；ZO为需要 的系统阻抗。
4.2.3 A/D转换器的选择
• A/D转换器选择原则 1）采样速率选择 2）采用分辨率较好的A/D器件 3）一般说来A/D转换位数越高越好 4）根据环境条件选择A/D转换芯片的环 境参数 5）根据接口特征选择适合的A/D转换器 输出状态
A/D转换器的选择
• A/D转换器分类－－基于变换原理 1）逐次比较式 2）并行式A/D转换器 3） ADC转换器 4）采样ADC 5）电子雪堆技术ADC • 典型的A/D转换器
参见书P112－115 常见的AD转换器件的结构。
4.2.4 数据采集模块的设计（略）
• 参见书P115－118各部分电路的设计。
A/D转换命令
模拟 输入
采样/ 保持器
A/D 转换器
接 口
计算机
读取数据命令 转换完成信号
A/D板
4.2.5 DA转换器的基本原理
• D/A功能: 将数字量成正比地转换成模拟量
射频前端的典型器件介绍
• • • • • 滤波器 放大器 镜像抑制 中频信号的线性化 AGC设计
4.1.1 软件无线电中的电调滤波器
电调滤波器的主要技术指标： • 频段: 1.5 - 4MHz；4 - 10MHz； 10 - 30MHz；30 - 90MHz； Leabharlann Baidu0 - 200MHz；200 - 700MHz； 400 - 700MHz；700 - 1000MHz; • 输入输出阻抗：50Ω • 滤波器通带带觉：中心频率的2％一5％；
输入4位二进制数
4.3 软件无线电中的数字下/上 变频器
在超外差式软件无线电接收机中，数字下 变频 DDC 技术是核心技术之一。数字下变 频器的组成结构：数字混频器，数字控制振 荡器NCO和低通滤波器。 x(n)
NCO 高抽取 滤波器 FIR 高抽取 滤波器 FIR
格 式 转 换
软件无线电中的数字下/上变频器
4位 8位 10位 12位
数字量 n位
模拟量
n=
D/A
0~5V或
16位
0~10V
电阻网络
R R
求和运算放大器 3R
R 2R
-
+
2R 2R S0 2R S1 2R S2
+
UO
输出 模拟 电压
2R
S3
3R/2
S0~S3:
VREF
D0
D1
D2
D3
精密参 考电压
模拟电子开关 D=0, S倒向地 D=1, S倒向VREF
传统模拟接收机的前端电路
带通 滤波 低噪声 放大 窄带 滤波 中放
（窄带）
窄带 滤波
中放
（窄带）
一本振 （小步进）
AGC
二本振
• 特点：模拟器件使用较多；滤波器中心频率 和带宽通常固定；接收通道中使用较多的窄 带滤波器，使得信号幅相畸变较大。
中频数字化接收机前端
带通 滤波 低噪声 放大 宽带 滤波 一中放 (宽带) 宽带 滤波 二中放 (宽带)
A/D电 路
时序控 制电路
转换器
寄存器
三 态 门
数字 输出
主机读取 命令
转换完成信号 A/D转换命令
（来自主机） 由主机检测 或申请中断
4.2.2 A/D转化器的性能指标
• • • • • • • • 转换灵敏度 信噪比（SNR） 有效转换位数（ENOB） 孔径误差 无杂散动态（SFDR） 非线性误差 互调失真（Intermodulation Distortion） 总谐波失真（Total Harmonic Distortion）
软件无线电中的放大器
• 三阶截点（IP3）：IP3可以通过测量IM3得 到，计算公式为：IP3 = PSCL + IM3/2； • 其中PSCL 单载波功率；如三阶互调点已知， 则基波与三阶互调抑制比与三阶互调点的杂 散电平可由下式估计：
基波与三阶互调抑制比 = 2 [ IP3-(PIN+G)] 三阶互调杂散电平 =3（PIN+G）-2IP3
控制 电调滤波器 电 子 开 关 电调滤波器 电调滤波器
4.1.2 软件无线电中的放大器
电放大器的工作模式： • 由于软件无线电的接收通道是宽带的，有时 甚至是宽开的，通带内的信号可能有很多， 因此，在软什无线电中不能用非线性放大器、 而只能用线性放大器。否则就会引起许多非 线性产物。 • 宽带放大器中常用前馈 (Feedforward) 和反 馈 (Feedback) 两种技术。前者主要用于提 高放大器的杂波等指标，而反馈用于提高放 大器的稳定性和带宽指标。
高速数字信号处理器
• TI公司的TMS320C24x系列
高速数字信号处理器
• TI公司的TMS320C55x系列
高速数字信号处理器
• TI公司的TMS320C62xx/67xx系列
高速数字信号处理器
• 典型DSP器件 • 目前主要DSP生产商包括TI，ADI， Motorola，Lucent和Zilog等，其中TI占 有最大市场份额。作为第一片DSP产品 TMS32010的生产商和DSP行业的领头者， TI公司的产品包括从低端的低成本低速 度DSP到高端大运算量的DSP产品。
软件无线电中的放大器
电放大器的主要技术指标： • 工作频率范围：指放大器满足各级指标的 工作频率范围。放大器实际的工作频率范 围可能会大于定义的工作频率范围。 • 功率增益：指放大器输出功率和输入功率 的比值，单位常用“dB”。 • 增益平坦度：指在一定温度下，在整个工 作频率范围内，放大器增益变化的范围。 增益平坦度由下式表示: ΔG=±（Gmax-Gmin）/2 dB
软件无线电中的放大器
• 1分贝压缩点输出功率（P1dB）：放大器有 一个线性动态范围，在这个范围内放大器的 输出功率随输入功率线性增加，这两个功率 之比就是功率增益G。随着输入功率的继续 增大，放大器进入非线性区，其输出功率不 再随输入功率的增加而线性增加，也就是说， 其输出功率低于小信号增益所预计的值。通 常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出 功率值定义为输出功率的1dB压缩点，用 P1dB表示。
软件无线电中的放大器
• 放大器增益窗：宽带放大器的增益定义采 用增益窗的定义方法（不含窄带功率放大 器），是根据放大器允许的最大增益 Gmax，放大器允许的最小增益Gmin，放 大器的增益波动ΔG等三个增益指标对放 大器的增益允许的波动和变化范围作明确 定义。
软件无线电中的放大器
• 噪声系数：噪声系数是指输入端信噪比与放 大器输出端信噪比的比值，单位常用“dB”。 噪声系数由下式表示： NF = 10 lg 输入端信噪比/输出端信噪比 • 在放大器的噪声系数比较低（例如NF<1） 的情况下，通常放大器的噪声系数用噪声温 度（T）来表示。噪声系数与噪声温度的关 系为： T=（NF-1）T0 或 NF=T/T0+1
4.2.1 A/D转换器原理
• A/D转换器功能: 将模拟电压成正比地转换 成数字量
输入模拟电压
UI 0 输出数字量
A/D
D7~D0
00000000
~
5V
分辨率:5V/255=0.0196V/ 每1个最低有效位
~ 11111111
A/D转换器原理
• ADC工作过程与结构
电源 A/D 精密稳 压电源 模拟 输入
软件无线电中的放大器
软件无线电中的放大器
典型情况下，当功率超过P1dB时，增益将 迅速下降并达到一个最大的或完全饱和的 输出功率，其值比P1dB大3-4dB。
软件无线电中的放大器
• 三阶截点（IP3）：测量放大器的非线性特 性的一个颇为流行的方法，是利用两个相距 5到10MHz的f1、f2信号加到一个放大器上， 此时放大器的输出不仅包含了这两个信号， 而且也包含了频率为 mf1 + nf2 的互调分量 （IM）。这里称m+n为互调分量的阶数。 在中等饱和电平时，通常起支配作用的是最 接近基音频率的三阶分量。三阶截点（IP3） 来表征互调畸变很严重是的输入电平。三阶 截点功率的典型值比P1dB高10-12dB。
软件无线电中的数字下/上变频器
• DDC的组成部分：数字控制振荡器的原 理，参见书P123－126。典型的数字下变 频器，参见书P125－137。 • 软件无线电中的数字下变频器的应用
DDC1
ADC
DDC2 DDC3 DDCn
4.4 高速数字信号处理器
• • • • 概述 典型DSP器件 DSP器件的软件开发流程（略） 应用举例（略）
4.1.3 前馈放大器
• 前馈放大器原理可用下图来描述。该放大器由环路 1 和环路2 组成。对于双频信号通过非线性放大器 时所产生的失真，可以通过前馈对消。
4.2 软件无线电中的A/D/A技术
• 软件无线电的基本思想就是让模拟电路 尽量简单，将A/D和D/A尽量靠近射频前 端。 • 要求A/D器件具有适中的采样速率和很高 的工作带宽。 • 本部分主要讨论如何A/D、D/A转换器实 现软件无线电中的模/数和数/模变换。
一本振 （大步进）
AGC
二本振
• 较前一种结构有较大改善，带通滤波器和放 大器都是宽带的，而且一本振的频率是大步 进的，实现较方便。
射频数字化结构
收/发 电调滤波 放大 A/D DSP 放大
A/D
• 本结构简洁明了，随着A/D器件的发展，这种 结构性能将不断提高。射频前端的接收部分主 要由滤波器、放大器、混频器、振荡器、 AGC控制等组成。
第四章 软件无线电的 硬件实现
软件无线电硬件平台的基本结构
• • • • 模拟前端 宽带A/D和D/A 数字上下变频器 高速数字信号处理器
宽带A/D 数字下变 频器 DSP处 理器
模拟前端
宽带D /A
数字上 变频器
§4.1 软件无线电前端电路
• 主要任务： （1）把接收到的信号变换至适合A/D转换 器处理的信号频率和电平范围内。 （2）把宽带D/A转换器的输出信号转换至 能被其他电台接收的频率和电平范围。 • 根据软件无线电的结构不同，前端电路 的结构不同。
软件无线电中的电调滤波器
电调滤波器的主要技术指标： • 插入损耗：＜6dB； • 调谐码：8 bits： • 调谐速度：10 us ( 30MHz以上）
H( f )
30dB带宽

软件无线电中的电调滤波器
电调滤波器的应用： • 调谐码： Cd 250 f d f1 f h f1 • 电调滤波器连接：
• 由NCO产生两路正交信号做混频用，NCO 可以通过直接数字合成技术 DDS 实现。其 基本原理框图见下。
频率控制码 Nbit Nbit 相位累加器
Mbit
ROM 正弦查询表
时钟信号fc
软件无线电中的数字下/上变频器
• 从原理上讲，DDC与模拟下变频实现相同 的功能，不过其实现是通过数字运算来进 行的。 • 影响数字下变频性能的主要因素： （1）表示数字本振、输入信号以及混频乘 法运算的样本数值的有限字长所引起的误 差。 （2）数字本振相位的分辨率不够而引起数 字本振样本数值的近似取值。