软件无线电ppt复习题整理

第一章
1、理解常见无线电技术中的LNA技术,AGC技术，超外差接收技术和双工技术。

1)接收灵敏度影响因素:外部噪声、内部噪声和电路系统的非线性失真等
提高接收灵敏度的方法:在接收机前端增加一个射频放大器，并使其噪声系数尽可能小，一般采用低噪声放大器
2)为使接收机输出信号的强度相对稳定，接收机的增益就应随着输入信号强度的大小自动调整，这一技术即为自动增益控制
3)超外差技术：通过混频器本振频率fL和选频滤波器中心频率f0= fRF同步改变来实现中频频率fIF固定不变。

(中频频率fIF是射频频率和本振频率差拍的结果)
4)常见的收/发双工技术：时分双工、频分双工和环形器双工
2、无线模拟通信系统、无线数字通信系统、数字无线电技术比较、软件无线电比较。

除调制/解调外，无线数字通信系统与无线模拟通信系统相同无线数字通信系统与无线模拟通信系统的根本区别：
（1）信源的数字化；（2）调制/解调:传输信道中其它各环节仍相同，如信道分离、混频和滤波等，但模拟信道技术结构复杂、集成度低、体积功耗大，运用不灵活。

模拟无线电技术中，信号处理大多采用实信号处理技术，而数字无线电则多采用复信号处理技术，即采用正交双通道技术
3、实现正交双通道的关键。

实现正交双通道的关键有两个 1）需要产生两个正交本振 2）需要严格保证两通道的幅度平衡，若上述条件无法满足，则会产生镜像信号，造成镜像干扰4、硬件无线电与软件无线电的主要区别。

硬件无线电是指无线电设备的功能由硬件结构确定，系统的工作很少或没有软件参与，在功能上是固定的。

软件无线电技术可以多频带/多模式/多功能工作，具有可重编程、可重配置能力。

模拟无线电和数字无线电都属于硬件无线电；数字无线电+软件无线电和重配置技术构成软件无线电。

5、数字无线电常见结构。

据A/D转换在数字无线电系统中所处的位置分类：零中频数字基带的结构：中频频率为零，不存在一般超外差接收机中的镜频干扰问题；超外差式数字基带的结构：中频频率固定；超外差式数字中频的结构：中频频率固定
6、软件无线电的定义、特点及软件无线电的中心思想。

软件无线电的定义：软件无线电是将模块化、标准化的硬件单元以总线方式连接构成基本平台，并通过软件加载实现各种无线电功能的一种开放式体系结构。

特
点：功能的灵活性、结构的开放性、成本的集中性。

可以多频带/多模式/多功能工作、具有可重编程、可重配置能力。

其中心思想是：构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成，并使A/D和D/A转换器尽可能靠近天线，以实现具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。

7、软件无线电的分级。

第0级：数字硬件无线电（基本不可改变）第1级：软件控制无线电（可以改变一些功能，例如功率水平和互连方式不能改变像频带或调制方式这样的特征参量）第2级：软件定义无线电（使用软件对调制、宽/窄带、安全、波形产生和检测进行控制，但通常受到频率的约束。

通常模数和数模变换只能在中频及以后出现）第3级：理想的软件无线电（它完全可编程，直接在射频前端进行模数和数模变换，消除了大部分模拟部件，降低了失真和噪声）第4级：终极软件无线电（完全可编程，无外置天线，不受运行频率和带宽的限制，能快速实现空中接口的检测和转换）基于盲源分离总结：随级别的提高，系统的灵活性逐步提高，通常所说的软件无线电一般是指第2级和第3级
8、理想的软件无线电的组成结构。

结构的核心是：使模拟信号转换为数字信号的部分尽可能接近天线。

第二章
1、低通、带通采样定理及应用。

低通抽样定理：设有一个频率带限信号 x(t)，其频带限制在 ( 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。

带通采样定理：设一个频率带限信号 x(t)，其频带限制在（fL, fH)内，如果其
采样速率fs 满足：
式中，M 取能满足fs >= 2(fH - fL) =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)。

2、软件无线电中的几种常用ADC及其特点和适用范围。

逐次逼近式、并行比较式、子区式可以获得较高的采样速度，可用于软件无线电系统。

逐次逼近式ADC结构简单但速度不能很高，并行比较式ADC速度高但结构复杂，引入子区式ADC →结构相对简单而且速度又较高
3、ADC的各种性能指标，SNR和ENOB的计算，过采样处理增益的概念和过采样时SNR的计算。

1）分辨率：ADC所能分辨的输入模拟量的最小值2）转换时间和采样速率3）转换误差4）量化信噪比 5）孔径误差 6）无杂散动态范围 7）有效转换位数
4、SNR和SFNR的比较。

SFDR与SNR之间的区别：SFDR表征的是A/D转换输出信号与它的最大杂散分量之间的相对功率关系，SFDR与它的杂散是相关的；SNR反映的是信号与噪声相对功率关系，信号与噪声是不相关的
5、软件无线电中的几种常用DAC及特点，阶梯重构的概念。

D/A转换器的主要电路形式有： 1）权电阻网络D/A转换器（电阻加权型）：权电阻的排列顺序和权值的排列顺序相反。

权电阻网络D/A转换器的特点：①优点：结构简单，电阻元件数较少，转换速度较快；②缺点：阻值相差较大，制造工艺复杂，不利于转换精度的控制和电路的集成。

2）R-2R倒T型电阻网络D/A 转换器（综合加权型）：整个网络的等效输入电阻为R。

倒T型电阻网络D/A 转换器的特点：①优点：电阻种类少，只有R和2R，提高了制造精度；而且支路电流流入求和点不存在时间差，提高了转换速度。

②应用：它是目前集成D/A 转换器中转换速度较高且使用较多的一种，如8位D/A转换器DAC0832，就是采用倒T型电阻网络。

3）权电流型D/A转换器(电流加权型)：在权电流式DAC 中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。

与理想采样信号的重构相比，实际的输出一
是存在模数变换时引入的量化误差，二是输出模拟信号的时域波形不是连续变化的，而是阶梯变化的，因此 DAC的实际输出不再与理想的重构信号相同。

实际DAC的输出重构也称为阶梯重构。

6、实际的软件无线电的系统可分为哪几种结构形式？相应的系统结构框图，特点。

射频低通采样结构-理想的软件无线电
射频带通采样结构，中频带通采样结构 -软件定义无线电（SDR）
1）基于射频低通采样结构软件无线电系统
系统特点：基于射频低通采样结构的软件无线电系统是一种理想的软件无线电系统。

这种系统的输入、输出都是在射频上基于低通采样定理进行采样，因而具有最大的灵活性和全部的可编程性。

2）基于射频带通采样结构的软件无线电系统
系统特点：基于射频带通采样结构的软件无线电系统的射频输入是基于带通采样的，其射频输出仍然是基于低通采样的。

由于射频带通采样只能同时处理一定频段的射频信号，系统对宽频段射频信号的覆盖需要通过模拟的电调谐带通滤波器分时来完成，从而降低了系统的灵活性和可编程性，其并行处理通道数也相对较少。

但是这种结构所需的A/D转换器的转换速率要求降低，更容易获得实际的器件；输出数字信号的数据率也随之减少，因而也降低了对实时信号处理的要求。

3）基于中频带通采样结构的软件无线电系统
系统特点：基于中频带通采样结构的软件无线电系统的频带覆盖是由接收机的第一级本振频率的步进变化来分时完成，比射频带通采样更容易实现。

这种结构所需的A/D和D/A转换器的转换速率要求都较低，输出数字信号的数据率减少，对数字信号处理速度的要求也降低，因此，这种结构的系统具有高的性价比。

这种结构与中频数字无线电系统的结构比较类似，但其信号处理的方式差别较大。

基于中频带通采样结构的软件无线电系统处理的都是多个信道的信号，因此其中频是宽带的，信道的分离以及信号的调制、解调等都由软件来完成。

由于这种结构涉及的模拟电路最多，因此系统的可扩展性、灵活性和可编程性也最差。

7、主采样，盲区采样的概念，原理。

射频带通采样结构中，因受实际带通滤波器的影响，采样后的频段覆盖不再连续，需要采用另外的采样频率进行补偿，为了区别，称原来的采样为主采样，称补偿的采样为盲区采样。

第三章
1.采样率变换的作用。

降低 A/D 后的数据流速率，以及在发射信道，基带信号经调制后，提高信号的数据率；改善信噪比。

多速率信号处理的目的就是在不使信号失真的前提下改变信号的采样率。

减小信号的采样率以减少数据冗余的过程称为信号的抽取；增大信号的采样率以增加数据冗余的过程称为信号的内插。

2.抽取、内插的完整结构，其抗混叠滤波器截止频率。

要使频谱不混叠，抽取后的采样率fs2>=2fmax 在设计抗混叠的数字滤波器时，为了既保证有用信号的正常通过，又不使抽取后信号混叠，其带通截止频率一般应大于有用信号的最高频率，其阻带起始频率应小于抽取后采样率的一半。

内插：理想低通滤波器的截止频率应满足B≤/。

3.分数倍采样率变换的实现方法。

先内插，后抽取
4.降低滤波器运算量的方法。

纹波越小，过渡带越窄，采样率越高，则滤波器阶数越高。

滤波器阶数越高，过渡带越窄，但运算量越大。

——可以采用多相分解的方法降低运算量。

抗混叠滤波器常用FIR滤波器，设其阶数为N,并将其分为D组（N为D的整数倍），则每组长度为L=N/D,这种分解称为多相分解。

5、N阶滤波器，fs采样率，D倍抽取（或I倍内插）时，是否采用多相滤波器与整个抽取（或内插）所需运算量（运算速率）的关系（会计算）。

采样率fs，信号频率fH, D倍抽取，Dmax?
由等效前的结构，输入数据x(n1)是逐一进入到每相滤波器的，对于每相滤波器，其阶数为L，D相滤波器所需复数乘加的次数为N=DL.运算量大。

在多相滤波的等效结构（先抽取，后滤波）中，由于抽取在每相滤波之前，因此输入数据x(n1)是每隔D个进入到每相滤波器的。

从各相滤波器数据输入的规律看， x(n1)是一个一个轮序进入到各相滤波器的，每隔D个循环一次。

因此，对于每相滤波器，虽然其阶数仍为L,但其输入的数据量经抽取后下降了D倍，其复数乘加的次数为N/D. 与采用多相滤波的抽取系统一样，采用多相滤波的内插系统也可以等效为一个换向开关结构。

因此，所需的运算速度由每秒Nfs次复数乘加降为每秒Nfs/I次复数乘加。

相当于整个内插所需的运算量由N次复数乘加，降为N/I次复数乘加。

6、滤波器多级实现的好处，每级低通滤波器设计注意的问题
高倍内插系统的实现由单级实现变为多级实现后，滤波器的阶数大为减小。

由于采样率变换的多级实现可以大大降低变换所需的运算量，因此在设计采样率变换系统时，其变换倍数应尽量选用易于分解的数（ D=D1D2 ， I=I1I2 ），并尽
量分解为多级结构，以最大程度地降低变换系统所需的运算量。

7、HB滤波器的主要特点和应用范围。

为什么高效？
半带滤波器在除 n=0外的偶数点上的冲激响应系数都为0，运算量比一般FIR 滤波器减少一半。

半带滤波器适合于D=2M内插或抽取。

因为半带滤波器在除 n=0外的偶数点上的冲激响应系数都为0，半带滤波器的设计只要设计奇数序号的系数，且运算量比一般FIR滤波器减少一半。

8、积分梳状滤波器的主要特点和应用范围。

为什么高效？
对于CIC滤波器，当信号带宽fc, CIC滤波器的级数Q及其通带纹波系数确定后，要使滤波器的通带性能越好，那么抽取的倍数D越小越好，信号的采样率fs应越大越好。

因此，CIC滤波器适宜于在抽取系统的第一级或内插系统的最后一级。

综合CIC滤波器和半带滤波器，可实现 2M L倍抽取和内插的高效的采样率变换9、数字上变频器的系统结构，数字上变频结构在软件无线电系统中承担的任务。

下变频器的系统结构，数字下变频结构在软件无线电系统中承担的任务。

数字上变频器（DUC）的作用是将低采样率的数字基带信号转换为高采样率的数字射频/中频信号。

因此在上变频前首先要对信号进行内插以提高信号的采样率。

数字下变频器（DDC）的作用是将实数的数字中频信号转换为复数的数字基带信号，其正交性由数控振荡器输出的正交本振来保证。

经下变频器后的数字基带信号一般都处于比较严重的过采样状态，因此在下变频一般都需要进行抽取处理。

第四章
1.画出信号调制通用模型并说明其基本原理
在软件无线电发射机中，信号调制是基于正交调制理论，其实现是通过数字上变频来完成的。

正交调制要求输入的基带信号为正交信号，因此，数字化的调制信号需要根据不同的调制方式进行相应的正交处理。

2.画出信号解调通用模型并说明其基本原理
在软件无线电接收机中，信号的解调首先通过数字下变频完成信道分离、正交分解和采样率变换，得到基带的复信号，然后根据不同的调制方式，对基带信号进行相应的处理，从而解调出调制信号。

5.通信调制信号一般可以用正交调制的方法来实现，请分别给出对f(n)进行各种模拟调制（AM\DSB\SSB\FM\PM）、数字调制(2ASK\2FSK\2PSK)的同相分量、正交分量。

6.请分别给出正交解调时各种模拟调制（AM\DSB\SSB\FM\PM）、数字调制(2ASK\2FSK\2PSK)的同相分量、正交分量及输出 f(n) 的表达式。

7.载频失配对正交解调的影响情况
载频失配对幅度信息没有影响，AM,DSB,SSB,ASK等都具有较强的抗载频失配的
能力。

载频失配对相位信息有影响，PM,PSK等都不具有抗载频失配的能力。

载频失配对频率信息的影响可视作叠加了一个由频差造成的直流分量，可通过均值运算，估计出频差，再消除，故频率调制也具有较强的抗载频失配的能力，如FM,FSK等。

第六章
1、软件无线电系统有哪几种硬件平台体系结构？各自的框图及特点。

性能比较。

按连接方式划分,可分为流水线结构、总线式结构、交换式结构和基于计算机和网络的结构。

1）流水线结构：包括天线、多频段射频（IF)转换、宽带ADC/DAC、DDC/DUC、数字信号处理器。

流水式结构以流水线形式进行互联，与无线通信的信号流向一致，因此效率较高。

优点如下：时延短、硬件简单实时性好、处理速率高缺点如下：各功能模块耦合相当紧密，独立性不高各模块间的接口一般都是面向特定要求设计，不存在统一和开放的接口标准，伸缩性和通用性较差。

去除或调整某一模块，会导致总体结构的改变，就可能重新设计整个系统。

其实，该结构是借鉴可编程数字无线电的结构，可以视作软件无线电结构的雏形。

结论：该结构不能满足软件无线电的要求，很少被应用。

2）总线式结构：各功能单元通过总线连接、并通过总线交换数据及控制命令。

软件无线电的总线结构优点：结构简单，模块化程度高，具有很好的开放性、通用性和伸缩性，并且容易实现，功能扩展和系统升级方便缺点： 1.多个功能模块以时分复用的方式通过公共系统总线完成信号传输，时分特性会使带宽过窄和控制复杂，吞吐率低。

2.由于对总线性能提出了很高的要求，总线可能成为系统功能扩展的瓶颈，特别是在实时性要求高的通信系统。

因此总线须具备高速率、能进行复杂控制、便于复杂控制和功能控制的能力。

软件无线电的总线结构应具有以下特点： a) 支持多处理器系统：支持多DSP的并行处理数据运算量大，要求很高的处理速度，如果采用DSP，则目前单片DSP无法胜任，需多DSP并行处理。

b) 具有宽带高速的特性：为保证大量的数据传输，软件
无线电具有较高的数据传输和I/O口吞吐能力，总线传输速率超过500Mb/s，支持32-64位的数据和地址总线。

c) 具有良好的机械和电磁特性总线总能在恶劣的通信环境下工作，保证一定的通信性能。

d) 需要复杂的控制机制，如采用分级总线或多总线方式
3）交换式结构
该平台采用适配器和交换网为各功能模块提供统一的数据通信能力，各个模块之间通过数据包来交换数据，即功能模块通过适配器来打包和解包，并通过交换网络交换数据。

这种体系结构遵循相同的通信接口和协议，它们之间的耦合性弱。

硬件平台中用PC机完成交换机的功能，功能板之间可以通过虚电路来进行通信。

系统结构优点：效率高、带宽高以及通用性好可方便地实现数据的广播和选播并具有较好的吞吐量和实时性能。

系统结构缺点：时延长、硬件复杂，不易实现和成本高该结构综合总线结构和流水线结构的优点，符合软件无线电的特点，因此具有很好的前途。

4）基于计算机和网络的结构
由可编程前端和并行计算机平台组成。

可编程前端包括上/下变频、ADC/DAC、外围电路（数据总线和控制器）；并行计算机平台主要由网络连接构成的计算机群组成，充分利用计算机的数据处理能力，是该系统的关键部分。

该结构充分利用计算机的数据处理能力完成信号处理，为软件无线电平台提供了足够的性能，同时具有很好的可扩展和灵活性。

该体系结构的优点： a) 计算机技术和网络技术成熟，只需要安装适配器和相关软件即可在现存的计算机上使用，该方案非常经济； b) 该系统是基于网络的，因此可以为现在出现的互联网络和与移动通信结合的趋势提供有力的支持，使无线网络更容易使容易与计算机网络融合； c) 这种结构的效率高、带宽高和通用性很好； d) 该系统比DSP－FPGA方案的软件化程度高、更灵活、更接近理想无线电。

缺点：目前基于计算机实现软件无线电的技术还不够成熟，所以实现的系统和任务相比代价偏高，器件体积较大，不便利于应用到个人终端中去。