软件无线电的原理与应用
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软件无线电的原理与应用
Principles and Applications for Software-Defined Radio (SDR)
主讲： 曹运合 杨明磊
单位： 雷达信号处理重点实验室
办公室： 科技楼18层1815室
Tel:
88201031--8806
Email:
cyh_xidian@163.com
1
教学目标：
掌握软件无线电的基本概念、基本理论、
数学模型、工程实现、应用设计方法
了解软件无线电发展的新动向
2
教学内容：
第一章 绪 论
软件无线电的提出、发展概况
第二章 软件无线电的基本理论
采样定理、多速率信号处理、高效数字滤波、正交变换
第三章 软件无线电的数学模型 第四章 软件无线电的硬件平台设计
16
2．完全的可编程性
软件无线电通过一种通用的硬件平台，将通信 的各种功能实现完全由相应软件运行来完成。
➢可编程的射频与中频信号处理； ➢宽频段内的可编程的信道调制方式； ➢可编程的信道解调方式、信源编码、解码方式等等。
17
3．系统功能的可扩充性
由于软件无线电通信系统的功能更多体现在软件上，因此， 系统的升级只需改变相应的软件，即对软件的升级即可。显然， 它比以往对硬件电路的设计与改进更加快捷。通过软件工具可 扩展通信系统业务、分析无线通信环境、定义所需扩展增强的 各项通信业务。
22
➢ 1995年美军启动Speakeasy二期工程，目标是完 成一个实用系统，能兼容美军的15种电台，并能 够同时与其中任意4种电台通信。系统的目标是实 现一个波形可编程、多频段、多模式电台。 Speakeasy多频段多模式电台较完整地体现了软 件无线电的设计思想。
23
SDR应用前景（军事）
➢实现各种军用电台的互联互通的多功能无线网关； ➢接入各种军用移动通信网的多功能车载电台; ➢实现各种军用无线系统空中转信的多功能空中平台； ➢实现智能化通信侦察与对抗的通信电子对抗系统等等。
➢可以包容很宽的无线频带
➢可以接收多种信道调制方式
➢具有很强“可互操作性”的无线电台。
10
1992年5月，在美国电信系统会议上 MITRE公司的Joe Mitola首次明确提 出了软件无线电的概念。
11
2. SDR的中心思想
将A／D／A尽可能靠近天线 用软件来完成尽可能多的无线电功能
注意：软件无线电并不是不要硬件，而是把硬件作为一 个基本平台。这个平台具有两个特点：模块化、标准 化；以总线方式连接。
24
SDR应用前景（民用）
民用将成为软件无线电的更为重要的应用领 域，其应用前景可包括：
➢多频段多模式移动通用手机； ➢多频段多模式移动电话通用基站， ➢无线局域网及无线用户环的通用网关等等。
25
1.3 软件无线电的关键技术
1. 开放式总线结构及实现
现有的软件无线电实验系统中一般采用双总线结构， 即：控制总线和高速效据总线。控制总线结构，如 VME总线、PCI总线等，尽可能采用现有的工业标准， 以便于利用已有的软件及硬件平台，加快开发速度。
12
软件无线电的最终目的就是要使通信系 统摆脱硬件系统结构的束缚，通过软件 实现各种功能。
13
软件无线电是一种开放的体系结构。这种开 放性包含：对使用的开放性、对生产的开放 性和对研制的开放性。 这三个开放性将同时给用户、厂家和科研部 门带来好处。
14
3. SDR的主要特点
具有很强的灵活性
18
4．系统便于实现模块化
利用软件无线电的基本思想，对现行的通信系统均可 实行模块化设计，模块的物理及电气接口性能指标符 合统一、开放的标准。通过更换单一模块，可以维护 或提高系统的性能，也便于系统间复用。
19
一方面SDR符合军事上三军协同快速通信的需要；另一方 面在民用领域，由于它可以通过软件编程，保持一种硬件平 台结构的通用性，所以在移动通信领域内，可以对不同体制 进行综合兼容。因此，软件无线电思想及技木的提出与实现 是非常必要的。
通过增加软件模块实现新的功能
具有很强的开放性
采用标准化、模块化结构 硬件可以扩展或更新 软件可以升级
15
4.软件无线电的基本思想
1．完全数字化
由于软件无线电的基本思想之一就是力图从通信 系统的基带信号直至中频、射频段进行数字化处理， 因此，它是一种比目前任何一个数字通信系统的数 字化程度都要高得多的全数字化通信系统。
3
第五章 软件无线电的信号处理算法 第六章 基于软件无线电的智能天线 第七章 软件无线电的应用
4
参考书目： 《软件无线电原理与应用》
杨小牛，楼才义，徐建良 电子工业出版社 《Software Radio Technologies》
Joseph Mitola III, Zoran Zvonar
8
1. SDR提出的背景
起源于军事通信
军用电台面临的问题: 各军兵种之间使用不同的通信 体制，互不兼容，功能单一，而且频带拥挤，大量 “非标准”的标准在同时使用。
9
为了保证不同设备的互通性，使各军兵种之间实现 高效、可靠的协同通信．美国军方开展了研制三军 通用软件无线电台的工作，其目标是研制一种
5
教学安排与考核方式 教学安排：
主讲14~16次（46课时）
考核方式：பைடு நூலகம்
大作业（理论分析+仿真）
6
第一章 绪 论
教学内容： 软件无线电的基本概念 发展概况 关键技术
7
1.1 SDR 概念的由来
软件无线电：
Software Radio 或 Software-Defined Radio
所谓软件无线电，是指构造一个具有标准化、模块化、开放 性的硬件平台，将各种功能用软件来完成，同时使宽带A/D 转换器尽可能靠近天线，以充分实现数字化，提高可编程性。
20
1.2 SDR的发展概况与应用
➢ 为克服美军常规作战中通信方面存在的问题， 加速高技术的应用，美国国会于1987年制定 了平衡技术倡议(BTI)。
➢ 1990年8月．美国国防部与Hazeltine公司签 订了430万美元的合同，开始研制SPeakeasy 软件无线电系统的第一阶段工作。
21
➢ 1994年8月，Speakeasy I型样机研制成功 并进行了技术演示，其演示了以下功能：分别 与4种不同的电台通信；同时向两种不同的电 台通信作为网桥网关，连接两个不同的、相互 独立的、具有不同信号形式的无线网，使信号 能透明地传输; 演示包括传输话音和数据。
Principles and Applications for Software-Defined Radio (SDR)
主讲： 曹运合 杨明磊
单位： 雷达信号处理重点实验室
办公室： 科技楼18层1815室
Tel:
88201031--8806
Email:
cyh_xidian@163.com
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教学目标：
掌握软件无线电的基本概念、基本理论、
数学模型、工程实现、应用设计方法
了解软件无线电发展的新动向
2
教学内容：
第一章 绪 论
软件无线电的提出、发展概况
第二章 软件无线电的基本理论
采样定理、多速率信号处理、高效数字滤波、正交变换
第三章 软件无线电的数学模型 第四章 软件无线电的硬件平台设计
16
2．完全的可编程性
软件无线电通过一种通用的硬件平台，将通信 的各种功能实现完全由相应软件运行来完成。
➢可编程的射频与中频信号处理； ➢宽频段内的可编程的信道调制方式； ➢可编程的信道解调方式、信源编码、解码方式等等。
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3．系统功能的可扩充性
由于软件无线电通信系统的功能更多体现在软件上，因此， 系统的升级只需改变相应的软件，即对软件的升级即可。显然， 它比以往对硬件电路的设计与改进更加快捷。通过软件工具可 扩展通信系统业务、分析无线通信环境、定义所需扩展增强的 各项通信业务。
22
➢ 1995年美军启动Speakeasy二期工程，目标是完 成一个实用系统，能兼容美军的15种电台，并能 够同时与其中任意4种电台通信。系统的目标是实 现一个波形可编程、多频段、多模式电台。 Speakeasy多频段多模式电台较完整地体现了软 件无线电的设计思想。
23
SDR应用前景（军事）
➢实现各种军用电台的互联互通的多功能无线网关； ➢接入各种军用移动通信网的多功能车载电台; ➢实现各种军用无线系统空中转信的多功能空中平台； ➢实现智能化通信侦察与对抗的通信电子对抗系统等等。
➢可以包容很宽的无线频带
➢可以接收多种信道调制方式
➢具有很强“可互操作性”的无线电台。
10
1992年5月，在美国电信系统会议上 MITRE公司的Joe Mitola首次明确提 出了软件无线电的概念。
11
2. SDR的中心思想
将A／D／A尽可能靠近天线 用软件来完成尽可能多的无线电功能
注意：软件无线电并不是不要硬件，而是把硬件作为一 个基本平台。这个平台具有两个特点：模块化、标准 化；以总线方式连接。
24
SDR应用前景（民用）
民用将成为软件无线电的更为重要的应用领 域，其应用前景可包括：
➢多频段多模式移动通用手机； ➢多频段多模式移动电话通用基站， ➢无线局域网及无线用户环的通用网关等等。
25
1.3 软件无线电的关键技术
1. 开放式总线结构及实现
现有的软件无线电实验系统中一般采用双总线结构， 即：控制总线和高速效据总线。控制总线结构，如 VME总线、PCI总线等，尽可能采用现有的工业标准， 以便于利用已有的软件及硬件平台，加快开发速度。
12
软件无线电的最终目的就是要使通信系 统摆脱硬件系统结构的束缚，通过软件 实现各种功能。
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软件无线电是一种开放的体系结构。这种开 放性包含：对使用的开放性、对生产的开放 性和对研制的开放性。 这三个开放性将同时给用户、厂家和科研部 门带来好处。
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3. SDR的主要特点
具有很强的灵活性
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4．系统便于实现模块化
利用软件无线电的基本思想，对现行的通信系统均可 实行模块化设计，模块的物理及电气接口性能指标符 合统一、开放的标准。通过更换单一模块，可以维护 或提高系统的性能，也便于系统间复用。
19
一方面SDR符合军事上三军协同快速通信的需要；另一方 面在民用领域，由于它可以通过软件编程，保持一种硬件平 台结构的通用性，所以在移动通信领域内，可以对不同体制 进行综合兼容。因此，软件无线电思想及技木的提出与实现 是非常必要的。
通过增加软件模块实现新的功能
具有很强的开放性
采用标准化、模块化结构 硬件可以扩展或更新 软件可以升级
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4.软件无线电的基本思想
1．完全数字化
由于软件无线电的基本思想之一就是力图从通信 系统的基带信号直至中频、射频段进行数字化处理， 因此，它是一种比目前任何一个数字通信系统的数 字化程度都要高得多的全数字化通信系统。
3
第五章 软件无线电的信号处理算法 第六章 基于软件无线电的智能天线 第七章 软件无线电的应用
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参考书目： 《软件无线电原理与应用》
杨小牛，楼才义，徐建良 电子工业出版社 《Software Radio Technologies》
Joseph Mitola III, Zoran Zvonar
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1. SDR提出的背景
起源于军事通信
军用电台面临的问题: 各军兵种之间使用不同的通信 体制，互不兼容，功能单一，而且频带拥挤，大量 “非标准”的标准在同时使用。
9
为了保证不同设备的互通性，使各军兵种之间实现 高效、可靠的协同通信．美国军方开展了研制三军 通用软件无线电台的工作，其目标是研制一种
5
教学安排与考核方式 教学安排：
主讲14~16次（46课时）
考核方式：பைடு நூலகம்
大作业（理论分析+仿真）
6
第一章 绪 论
教学内容： 软件无线电的基本概念 发展概况 关键技术
7
1.1 SDR 概念的由来
软件无线电：
Software Radio 或 Software-Defined Radio
所谓软件无线电，是指构造一个具有标准化、模块化、开放 性的硬件平台，将各种功能用软件来完成，同时使宽带A/D 转换器尽可能靠近天线，以充分实现数字化，提高可编程性。
20
1.2 SDR的发展概况与应用
➢ 为克服美军常规作战中通信方面存在的问题， 加速高技术的应用，美国国会于1987年制定 了平衡技术倡议(BTI)。
➢ 1990年8月．美国国防部与Hazeltine公司签 订了430万美元的合同，开始研制SPeakeasy 软件无线电系统的第一阶段工作。
21
➢ 1994年8月，Speakeasy I型样机研制成功 并进行了技术演示，其演示了以下功能：分别 与4种不同的电台通信；同时向两种不同的电 台通信作为网桥网关，连接两个不同的、相互 独立的、具有不同信号形式的无线网，使信号 能透明地传输; 演示包括传输话音和数据。