第二章软件无线电的体系结构
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特点 拓扑结构中的节点和有向线段可带有 有关的任何重要特性。这些重要特性 构成拓扑空间的维数。
2.1 软件无线电的系统模型
“实现”维空间的值：硬件和软件
线段”中频ADC” －>硬件 线段“调制解调”和“声码器” －>软件
“信号频率及数据速率”空间：频率值
RF －>模拟信号，几百兆到几千兆 射频处理后得到中频值－>模拟信号，几十兆 中频ADC后 －>数字信号，几百兆/秒 信道滤波后 －>几兆至几十兆/秒 解调后语音信号 －>几千—几万比特/秒
可编程性: 是指系统的灵活性，即是不是很容易 地进行个性化配置等。
2.1 软件无线电的系统模型
4. 对可编程程度的定量量化
软件无线电状态空间示意图
2.1 软件无线电的系统模型
三、无线电顶层部件的拓扑结构
基本函数模型
2.1 软件无线电的系统模型
三、无线电顶层部件的拓扑结构
软件无线电的顶层功能模块
2.2 软件无线电的体系结构
3. 硬件的等价软件模型
(a) 用射频专用ASIC实现的拓扑结构
(b) 用等价的软件模型实现的拓扑结构
2.1 软件无线电的系统模型
3. 硬件的等价软件模型
参数的不定性造成拓扑结构中的开放球
2.1 软件无线电的系统模型
4. 对可编程程度的定量量化
对于软件无线电体系结构来说，如何衡量一个 具体实现方案的可编程的程度是最根本的问题。
软件无线电系统
即插即用模块产生了可变的结构，导致了分析的复杂性。
2.1 软件无线电的系统模型
软件无线电系统的拓扑结构
忽略了软件无线电的各种函 数、接口和实现细节。
2.1 软件无线电的系统模型
优点 • 明确系统顶层的即插即用接口； • 可以预测和控制系统的性能； • 为建立标准定义一个参考模型； • 为产品演化提供体系结构；
中频处理：进行滤波、频率变换、波束形成等处理
调制解调：包含多种调制技术，实现多模式无线电所要 求的多种调制方式
2.1 软件无线电的系统模型
软件无线电节点对计算的需求：
信源阶段：信源编码算法、远程信息输入 信道阶段：波束形成算法、频段选择、调制方式选择
数据格式选择
联合控制：管理和协调整个系统的正常工作
频分复用技术：
选用不同的载波频率可以在同一空间里同时传输电 磁频谱重叠的调制信号，如：语音、图像等。
它的应用使人类开始了无线电广播的历史。
根据调制信号对载波参数影响的不同，调制分为： 调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)三种方式。
2.2 软件无线电的体系结构
2. 无线电系统的基本结构
无线电频带和波段的命名 表
2.2 软件无线电的体系结构
2. 无线电系统的基本结构
我国无线广播电台分为3个频段：
• 中波调幅：525 －1610 kHz； • 短波调幅：4.5 －22 MHz； • 调频：87 －108 MHz；
无线电视划分为68个频道：
• 1－12频道：48.6 －223 MHz；
• 13－68频道：470 －958 MHz；
一、通信系统模型
传统无线通信模型
软件无线电的多频带、多模式、多线程、多个性化 的特点需要从这个简单的通信模型上进行扩展。
2.1 软件无线电的系统模型
信源扩展为信 源集
RF信道扩展 为信道集
基本函数模型
2.1 软件无线电的系统模型
可编程的射频及信道接入Байду номын сангаас对多个射频段和其他可能的 信道接入方式进行自动接入
2.1 软件无线电的系统模型
二、深入理解软件无线电 1. 可编程数字无线电
特点 基带部分使用DSP，基带以上部分采用硬件来实现。
2. 软件无线电
特点 基带部分使用DSP，射频和中频部分尽可能采用软件
来实现,具有完全的可编程性。
2.1 软件无线电的系统模型
软件无线电的关键模块
2.1 软件无线电的系统模型
2.1 软件无线电的系统模型
三、无线电顶层部件的拓扑结构
通信系统基本函数模型的接口
2.1 软件无线电的系统模型
三、无线电顶层部件的拓扑结构
通信系统基本函数模型的接口
2.2 软件无线电的体系结构
体系结构：是一些设计原则、基本功能块以 及函数的集合，利用它们可以组织、设计和 建立一个系统。
当系统复杂性增加时，体系结构的作用就变得非常 重要，一个强有力的体系结构可以简化和加速系统 的开发。
用户选择不同的配置，系统对运算的需 求有很大不同。
2.1 软件无线电的系统模型
服务供应商 软件无线电基站
个性化配置
个性化配置
不能超过 系统本身 允许的最 大限量
一个软件 无线电节点
其它软件 无线电节点
软件无线电节点个性化配置
2.1 软件无线电的系统模型
有限处理资源系统
使用排队论对系统资源的需求进行统计，对固定 结构的系统分析它的实时特性。
2.2 软件无线电的体系结构
内容概要
一、无线电系统的结构 二、无线电体系结构的演变 三、软件无线电的体系结构
2.2 软件无线电的体系结构
一、无线电系统的结构
1. 基于语音传输的最简无线电系统结构
前置
放大 话筒
功率
放大 发天线
前置 收天线 放大
功率 放大
扬声器
(a) 发射端
(b) 接收端
2.2 软件无线电的体系结构
1. 基于语音传输的最简单无线电系统结构
缺点
天线效率低；
将输入的激励电流转换为电磁波能量输出，存在功率 转换问题（天线效率）
不能多路传输；
所传输信号的频率范围相同，在其发射机功率覆盖范围 内，只能由一个发射机传输一路信号。
2.2 软件无线电的体系结构
2. 无线电系统的基本结构
前置
放大 话筒
调制
滤波
载波
(a) 发射端
话筒
前置 放大
功率 放大
发天线
功率 放大
增加了调 制环节
2.2 软件无线电的体系结构
2. 无线电系统的基本结构
扬声器
功率 放大
滤波
解调
载波 恢复
前置 放大
选频 滤波
(b) 接收端
前置 收天线 放大
功率 放大
扬声器
增加了解 调环节
2.2 软件无线电的体系结构
2. 无线电系统的基本结构
软件无线电的体系结构
主讲人：张淑芳
shufangzhang@tju.edu.cn
2010年9月20日
软件无线电的体系结构
2.1 软件无线电的系统模型 2.2 软件无线电的体系结构
2.1 软件无线电的系统模型
内容概要
一、通信系统模型 二、深入理解软件无线电 三、无线电顶层部件的拓扑结构
2.1 软件无线电的系统模型
2.1 软件无线电的系统模型
“实现”维空间的值：硬件和软件
线段”中频ADC” －>硬件 线段“调制解调”和“声码器” －>软件
“信号频率及数据速率”空间：频率值
RF －>模拟信号，几百兆到几千兆 射频处理后得到中频值－>模拟信号，几十兆 中频ADC后 －>数字信号，几百兆/秒 信道滤波后 －>几兆至几十兆/秒 解调后语音信号 －>几千—几万比特/秒
可编程性: 是指系统的灵活性，即是不是很容易 地进行个性化配置等。
2.1 软件无线电的系统模型
4. 对可编程程度的定量量化
软件无线电状态空间示意图
2.1 软件无线电的系统模型
三、无线电顶层部件的拓扑结构
基本函数模型
2.1 软件无线电的系统模型
三、无线电顶层部件的拓扑结构
软件无线电的顶层功能模块
2.2 软件无线电的体系结构
3. 硬件的等价软件模型
(a) 用射频专用ASIC实现的拓扑结构
(b) 用等价的软件模型实现的拓扑结构
2.1 软件无线电的系统模型
3. 硬件的等价软件模型
参数的不定性造成拓扑结构中的开放球
2.1 软件无线电的系统模型
4. 对可编程程度的定量量化
对于软件无线电体系结构来说，如何衡量一个 具体实现方案的可编程的程度是最根本的问题。
软件无线电系统
即插即用模块产生了可变的结构，导致了分析的复杂性。
2.1 软件无线电的系统模型
软件无线电系统的拓扑结构
忽略了软件无线电的各种函 数、接口和实现细节。
2.1 软件无线电的系统模型
优点 • 明确系统顶层的即插即用接口； • 可以预测和控制系统的性能； • 为建立标准定义一个参考模型； • 为产品演化提供体系结构；
中频处理：进行滤波、频率变换、波束形成等处理
调制解调：包含多种调制技术，实现多模式无线电所要 求的多种调制方式
2.1 软件无线电的系统模型
软件无线电节点对计算的需求：
信源阶段：信源编码算法、远程信息输入 信道阶段：波束形成算法、频段选择、调制方式选择
数据格式选择
联合控制：管理和协调整个系统的正常工作
频分复用技术：
选用不同的载波频率可以在同一空间里同时传输电 磁频谱重叠的调制信号，如：语音、图像等。
它的应用使人类开始了无线电广播的历史。
根据调制信号对载波参数影响的不同，调制分为： 调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)三种方式。
2.2 软件无线电的体系结构
2. 无线电系统的基本结构
无线电频带和波段的命名 表
2.2 软件无线电的体系结构
2. 无线电系统的基本结构
我国无线广播电台分为3个频段：
• 中波调幅：525 －1610 kHz； • 短波调幅：4.5 －22 MHz； • 调频：87 －108 MHz；
无线电视划分为68个频道：
• 1－12频道：48.6 －223 MHz；
• 13－68频道：470 －958 MHz；
一、通信系统模型
传统无线通信模型
软件无线电的多频带、多模式、多线程、多个性化 的特点需要从这个简单的通信模型上进行扩展。
2.1 软件无线电的系统模型
信源扩展为信 源集
RF信道扩展 为信道集
基本函数模型
2.1 软件无线电的系统模型
可编程的射频及信道接入Байду номын сангаас对多个射频段和其他可能的 信道接入方式进行自动接入
2.1 软件无线电的系统模型
二、深入理解软件无线电 1. 可编程数字无线电
特点 基带部分使用DSP，基带以上部分采用硬件来实现。
2. 软件无线电
特点 基带部分使用DSP，射频和中频部分尽可能采用软件
来实现,具有完全的可编程性。
2.1 软件无线电的系统模型
软件无线电的关键模块
2.1 软件无线电的系统模型
2.1 软件无线电的系统模型
三、无线电顶层部件的拓扑结构
通信系统基本函数模型的接口
2.1 软件无线电的系统模型
三、无线电顶层部件的拓扑结构
通信系统基本函数模型的接口
2.2 软件无线电的体系结构
体系结构：是一些设计原则、基本功能块以 及函数的集合，利用它们可以组织、设计和 建立一个系统。
当系统复杂性增加时，体系结构的作用就变得非常 重要，一个强有力的体系结构可以简化和加速系统 的开发。
用户选择不同的配置，系统对运算的需 求有很大不同。
2.1 软件无线电的系统模型
服务供应商 软件无线电基站
个性化配置
个性化配置
不能超过 系统本身 允许的最 大限量
一个软件 无线电节点
其它软件 无线电节点
软件无线电节点个性化配置
2.1 软件无线电的系统模型
有限处理资源系统
使用排队论对系统资源的需求进行统计，对固定 结构的系统分析它的实时特性。
2.2 软件无线电的体系结构
内容概要
一、无线电系统的结构 二、无线电体系结构的演变 三、软件无线电的体系结构
2.2 软件无线电的体系结构
一、无线电系统的结构
1. 基于语音传输的最简无线电系统结构
前置
放大 话筒
功率
放大 发天线
前置 收天线 放大
功率 放大
扬声器
(a) 发射端
(b) 接收端
2.2 软件无线电的体系结构
1. 基于语音传输的最简单无线电系统结构
缺点
天线效率低；
将输入的激励电流转换为电磁波能量输出，存在功率 转换问题（天线效率）
不能多路传输；
所传输信号的频率范围相同，在其发射机功率覆盖范围 内，只能由一个发射机传输一路信号。
2.2 软件无线电的体系结构
2. 无线电系统的基本结构
前置
放大 话筒
调制
滤波
载波
(a) 发射端
话筒
前置 放大
功率 放大
发天线
功率 放大
增加了调 制环节
2.2 软件无线电的体系结构
2. 无线电系统的基本结构
扬声器
功率 放大
滤波
解调
载波 恢复
前置 放大
选频 滤波
(b) 接收端
前置 收天线 放大
功率 放大
扬声器
增加了解 调环节
2.2 软件无线电的体系结构
2. 无线电系统的基本结构
软件无线电的体系结构
主讲人：张淑芳
shufangzhang@tju.edu.cn
2010年9月20日
软件无线电的体系结构
2.1 软件无线电的系统模型 2.2 软件无线电的体系结构
2.1 软件无线电的系统模型
内容概要
一、通信系统模型 二、深入理解软件无线电 三、无线电顶层部件的拓扑结构
2.1 软件无线电的系统模型