软件无线电软件无线电基本理论

▪ 带通采样定理：设一个频率带限信号 x(t)，如果
其采样速率fs 满足：
fS
2(
fL fH 2n 1
)
4 fo 2n 1
式中，n 取能满足fs >= 2(f H - f L) =2B 的最大整数 (0, 1, 2, …) ，则用fs 进行等间隔采样所得到的信 号采样值 x(nTs) 能准确的确定原信号x(t)。
30~500MHz
f0:930MHz B:50MHz
f0:150MHz B:50MHz
滤波 <
滤波 <
滤波 < A/D
DSP
fL1:960~1430MHz 步进 100MHz
fL2:1080MHz
fS:120MHz
2.2.2 宽带中频采样数字化
30~500MHz
f0:930MHz B:50MHz
f0:150MHz B:50MHz
X( f )
f
0
f 00
B
f 01
2B
f02 3B
带通信号采样的频率对应关系
§2.2 软件无线电中的采样理论
由于软件无线电所覆盖的频率范围比较宽 （软件无线电广泛的适应性决定的），故采用 Nyquist采样定理是不现实的。所以，必须采用 带通采样。
以下是在软件无线电中常用的采样模型。
2.2.1 窄带中频采样数字化
注意：
1） 上述采样定理的适用前提条件是：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，否则将引起混叠。
2） 为了能使用最低采样速率即：f S = 2B ，带通 信号的中心频率必须满足
2n 1 f0 2 B
或
fL fH (2n 1)B
即信号的最高频率加上最低频率是带宽的整
滤波 <
滤波 <
滤波 < A/D
DSP
fL1:960~1430MHz 步进 100MHz
fL2:1080MHz
fS:120MHz
2.2.2 宽带中频采样数字化
30~500MHz
f0:930MHz B:50MHz
f0:150MHz B:50MHz
滤波 <
滤波 <
滤波 < A/D
DSP
fL1:960~1430MHz 步进 100MHz
第二章 软件无线电 理论基础
主讲人：李玉柏 ybli@uestc.edu.cn
§2.1 信号采样理论
软件无线电的核心思想是对天线感应的射频 模拟信号尽可能地直接数字化，将其变为适合于 数字信号处理器（DSP）或计算机处理的数据流， 然后由软件（算法）来完成各种各样的功能，使 其具有更好的可扩展性和应用环境适应性。
▪ 有得必有失，亘古不变。新问题 ？？ 回顾无线电的设计思想： A/D尽可能的靠近天线。 超外差体系： 增加了很多模拟电路，如：本振， 混频， 滤波等等。这些模拟电路不仅造成了信号的失 真，而且对缩小体积，降低成本和功耗也是极 其不利的。
▪ 总之，超外差中频数字化体制严格来将并不是 软件无线电概念上的一种理想结构形式。其过 多的模拟信号处理环节造成的适应性不强，可 扩展性差的弊端是显而易见的。
X ()
X S ()
H 0 H
(a)
S
Baidu Nhomakorabea
H 0 H
S
(b)
抽样前后的信号频谱
▪ If ( S H H )
混叠
so, S H H S 2H
2.1.2 带通信号采样理论
如果信号的频率分布在某一有限的频带 (fL，fH) 上时，如果仍然按照Nyquist定理采样，则采样频率 将会非常的高，以致很难实现。其后的处理也很难 满足要求，怎么办？
所以，如何对所感兴趣的模拟信号进行采样？ 采样率应该多大？软件无线电的采样有些什么特 性？成为了最基本，也是最关键的问题
(t)
X S (t)
0
t
(a)
0
t
(b)
信号采样图示
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(t)，其频带限制在
fL2:1080MHz
fS:120MHz
2.2.2 宽带中频采样数字化
30~500MHz
f0:930MHz B:50MHz
f0:150MHz B:50MHz
滤波 <
滤波 <
滤波 < A/D
DSP
fL1:960~1430MHz 步进 100MHz
fL2:1080MHz
fS:120MHz
▪ 主要特点：
2.2.2 宽带中频采样数字化
30~500MHz
f0:930MHz B:50MHz
f0:150MHz B:50MHz
滤波 <
滤波 <
滤波 < A/D
DSP
fL1:960~1430MHz 步进 100MHz
fL2:1080MHz
fS:120MHz
一个可供实用的宽带中频数字化接 收机组成框图
2.2.2 宽带中频采样数字化
( 0, fh ) 之间，如果以不小于fs＝2fh 的采样速率 对 x(t) 进行等间隔采样，得到时间离散的采样 信号 x(n) ＝ x(nTs) （其中Ts＝1/fs称为采样间 隔）,则原信号 x(t) 将被所得的采样值 x(n) 完全 地确定。
▪ 定理核心：如何才能准确的确定原信号？
以不低于信号最高频率的两倍的采样速率进 行采样！！
1） 处理带宽B >> Bs（信号带宽），中频带宽内 包含有多个信道，至于对带宽B内位于某一特定 信道上的信号所需进行的解调、分析、识别等处 理，将由后续的信号处理器及软件来完成。
数倍。
3） 带通采样的结果是把位于 ( nB, (n+1)B ) ( n=0, 1, 2 …. ) 不同频带上的信号，都挪位于 (0, B) 上 相同的基带信号频谱来表示，但是当 n 为基数时， 其频率对应关系是相对于中心频率“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。
▪ 问题的解决超外差接收体制
BS
B
fS 2
f0
(2n 1) 4
fS
fi
滤波
放大
A/D
DSP（软件）
本振fL
fS
该模型先用一个本振信号与被数字化的输入 信号进行混频，将其变换为统一的中频信号， 然后进行数字化。
这样，A/D之前的信号的中心频率是固定不变 的，如果 fo 取值恰当，则A/D前的抗混叠滤波 器就会容易的多。
滤波
A/D
DSP（软件）
fS
B fS
2
f0
(2n 1) 4
fS
理想带通采样模型
▪ 理想能成为现实吗？
1）由带通采样定理知：当采样速率fs固定的 时候，该模型所能处理的信号的中心频率只
有有限的几个，即：
f0
(2n 1) 4
fS
(n 0,1,2）
2）该模型要求 A/D 前面的抗混叠滤波器在 整个频带上保持相同的滤波器带宽和阻带特 性，这几乎是不可能做到的。