第2章 软件无线电的关键技术资料
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第2章 软件无线电的关键技术 • 2.1 射频/微波技术 • 2.2 智能天线技术 • 2.3 多输入多输出技术 • 2.4 采样技术 • 2.5 调制解调技术 • 2.6 数字信号处理技术 • 2.7 软件设计技术 • 2.8 信息安全技术 • 2.9 同步技术
• 2.1 射频/微波技术
• 2.1.1 概述
• （2）穿透性，微波照射于介质物体时, 能深入该物体 内部的特性称为穿透性。微波是射频波谱中唯一能穿 透电离层的电磁波(光波除外)，因而成为人类外层空间 的“宇宙窗口”。 毫米波还能穿透等离子体, 是远程导 弹和航天器重返大气层时实现无线通信和末端制导的 重要手段。
• （3）信息性
• 2.1.3 射频前端
• 1. 微波“铁三角”的概念
• 在微波技术与工程中，频率、阻抗和功率是三 大核心指标，故将其称为微波铁三角。它能够 形象地反映微波技术与工程的基本内容。
振荡 器、压控 振荡 器、频率 合 成器 、分频 器、变频 器、倍频 器、混频 器、滤波 器等
频率
阻抗 测量 仪、 网络 分析 仪
频率 计数 器 /功率 计、频谱 分析 仪
• 设均匀传输线始端接信号源，终端接负 载，如图2-6所示。
• 3. 波导
• 波导是微波工程中应用最为广泛的传输 系统之一。波导通常分为以下两种：
• （1）矩形波导。
• 矩形波导通常由金属材料制成，截面为 矩形，内部为空气，如图2-7所示。其中， a为矩形波导的宽边，b为窄边。
• 4. 微波雷达
• 智能天线也就是自适应天线。它由多个天线单元组成， 构成一个天线阵列。在每个天线后面接一个复数加权 器，最后用相加器进行合并输出。
• 所谓智能或者自适应，就是指这些加权器的系数，可 以根据一定的智能或者自适应算法更新调整。
• 2. 数字智能天线
• 智能天线采用空分多址(SDMA)技术，利用信 号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、 同地址码的用户信号区分开来， 可最大限度地 利用有限的信道资源。
• 微波电路的经典用途是通信和雷达系统。近年 来发展最为迅猛的当数无线通信与移动通信系 统。
• 1. 微波传输线
• 微波传输线，是用以传输微波信息和能量的各 种形式的传输系统的总称, 它的作用是引导电 磁波沿一定方向传输, 因此又称为导波系统, 其 所导引的电磁波被称为导行波。
• 2. 传输线方程
• 软件无线电可以理解为有射频前端的计 算机，它可以使用一个单一的无线电前 端实现现在多种无线电终端的功能，如 图2-1所示。
• 2.1.2 微波“铁三角”
• 微波技术已有几十年的发展历史，现已成为一 门比较成熟的学科。随着科学技术的迅猛发展， 微波技术的研究向着更高频段—毫米波段和亚 毫米波段发展。
• 波束切换智能天线系统检测并扫描每个波束的 输出，从中间选择具有最强接收信号的波束， 并根据需要从一个波束切换到另一个波束。
• 2. 自适应波束赋形智能天线
• 自适应波束赋形智能天线也称自适应阵 列智能天线。这种智能天线一般采用4— 16个天线阵列单元结构，利用数字信号 处理技术识别用户信号的到达方向。
• 智能天线的核心在于数字信号处理部分，它根 据一定的准则，使天线阵产生定向波束指向用 户，并自动地调整系数来实现所需的空间滤波。
• 3. 智能天线的原理 • 图2-13为智能天线的原理框图。
x1 w1
x2 w2
天 线 阵 输y 出 ∑
数据输出 数据滤波器
xm wM
＋ 基准信号
∑ － S
反馈控制 误 差 信 号
阻抗
阻抗 变换 、 阻抗 匹配 、天线 等
标量 /矢量 网络 分析 仪
功率
衰减 器、功分 器、耦合 器、 放 大器 、开关 等
• 2. 微波的特点
• 微波，之所以作为一个相对独立的学科来加以研究， 是因为它具有下列独特的性质：
• （1）似光性，微波波长非常小, 当微波照射到某些物 体上时, 将产生显著的反射和折射, 就和光线的反射、 折射一样。同时微波传播的特性也和几何光学相似， 能像光线一样地直线传播和容易集中，即具有似光性。
• 2.2.4 智能天线应用
• 微波雷达是射频前端使用微波技术的典型示例。 雷达（RADAR）是英文无线电探测与测距 （Radio Detection And Ranging）的缩写。
• 在第二次世界大战期间，为迅速发现敌人的飞 机和舰船的踪迹，指引飞机或火炮准确地攻击 目标，发明了可以进行探测、导航和定位的装 置，这就是雷达。
本振
限幅
同 步 PN码
• 2.2.3 常用智能天线
• 智能天线通过调整权系数，可以将天线 波束对准来波方向。这个过程称为智能 天线的波束赋形。
• 智能天线的优良特性，使得它在现代无 线通信与移动通信系统中有着广泛的应 用。常用智能天线有：
• 1. 波束切换智能天线
• 波束切换智能天线由多个固定的预约波束构成， 这些波束分别指向不同的方向。天线阵列创建 一组叠加的波束，主瓣紧密结合成花瓣形状， 覆盖了所有方向。
• 2.2.2 智能天线原理
• 智能天线技术是基于波束赋形的一种技 术。
• 智能天线采用空分多址(SDMA)技术，利 用信号在传输方向上的差别，将同频率 或同时隙、同地址码的用户信号区分开 来，可最大限度地利用有限的信道资源。
Hale Waihona Puke Baidu 1. 智能天线的概念
• 智能天线的概念来源于雷达和声纳系统所采用的阵列 天线。它可以通过某种智能算法来合并信号、自动适 应不同的信号环境。对于给定的方向，天线增益是可 以调整的。
收发开关 接收机
天线控制器
发射机
定时器 显示器
• 2.2 智能天线技术 • 2.2.1 概述 • 天线是无线电系统发射与接收信号的器件。无
线通信与移动通信系统的信息传递过程是： • （1）在发射端，信号经发射机，调制成导行
波能量，经馈线传输到发射天线，通过发射天 线，将其转换为某种极化的电磁波能量，并辐 射到预定方向。 • （2）在无线信道中，电波经过一定方式的传 播到达接收点。 • （3）在接收端，接收天线将接收的电波，转 换为已调制的高频电流能量，经馈线输送至接 收机输入端。经接收机解调后取出信号，就完 成了信息的传送。
• 2.1 射频/微波技术
• 2.1.1 概述
• （2）穿透性，微波照射于介质物体时, 能深入该物体 内部的特性称为穿透性。微波是射频波谱中唯一能穿 透电离层的电磁波(光波除外)，因而成为人类外层空间 的“宇宙窗口”。 毫米波还能穿透等离子体, 是远程导 弹和航天器重返大气层时实现无线通信和末端制导的 重要手段。
• （3）信息性
• 2.1.3 射频前端
• 1. 微波“铁三角”的概念
• 在微波技术与工程中，频率、阻抗和功率是三 大核心指标，故将其称为微波铁三角。它能够 形象地反映微波技术与工程的基本内容。
振荡 器、压控 振荡 器、频率 合 成器 、分频 器、变频 器、倍频 器、混频 器、滤波 器等
频率
阻抗 测量 仪、 网络 分析 仪
频率 计数 器 /功率 计、频谱 分析 仪
• 设均匀传输线始端接信号源，终端接负 载，如图2-6所示。
• 3. 波导
• 波导是微波工程中应用最为广泛的传输 系统之一。波导通常分为以下两种：
• （1）矩形波导。
• 矩形波导通常由金属材料制成，截面为 矩形，内部为空气，如图2-7所示。其中， a为矩形波导的宽边，b为窄边。
• 4. 微波雷达
• 智能天线也就是自适应天线。它由多个天线单元组成， 构成一个天线阵列。在每个天线后面接一个复数加权 器，最后用相加器进行合并输出。
• 所谓智能或者自适应，就是指这些加权器的系数，可 以根据一定的智能或者自适应算法更新调整。
• 2. 数字智能天线
• 智能天线采用空分多址(SDMA)技术，利用信 号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、 同地址码的用户信号区分开来， 可最大限度地 利用有限的信道资源。
• 微波电路的经典用途是通信和雷达系统。近年 来发展最为迅猛的当数无线通信与移动通信系 统。
• 1. 微波传输线
• 微波传输线，是用以传输微波信息和能量的各 种形式的传输系统的总称, 它的作用是引导电 磁波沿一定方向传输, 因此又称为导波系统, 其 所导引的电磁波被称为导行波。
• 2. 传输线方程
• 软件无线电可以理解为有射频前端的计 算机，它可以使用一个单一的无线电前 端实现现在多种无线电终端的功能，如 图2-1所示。
• 2.1.2 微波“铁三角”
• 微波技术已有几十年的发展历史，现已成为一 门比较成熟的学科。随着科学技术的迅猛发展， 微波技术的研究向着更高频段—毫米波段和亚 毫米波段发展。
• 波束切换智能天线系统检测并扫描每个波束的 输出，从中间选择具有最强接收信号的波束， 并根据需要从一个波束切换到另一个波束。
• 2. 自适应波束赋形智能天线
• 自适应波束赋形智能天线也称自适应阵 列智能天线。这种智能天线一般采用4— 16个天线阵列单元结构，利用数字信号 处理技术识别用户信号的到达方向。
• 智能天线的核心在于数字信号处理部分，它根 据一定的准则，使天线阵产生定向波束指向用 户，并自动地调整系数来实现所需的空间滤波。
• 3. 智能天线的原理 • 图2-13为智能天线的原理框图。
x1 w1
x2 w2
天 线 阵 输y 出 ∑
数据输出 数据滤波器
xm wM
＋ 基准信号
∑ － S
反馈控制 误 差 信 号
阻抗
阻抗 变换 、 阻抗 匹配 、天线 等
标量 /矢量 网络 分析 仪
功率
衰减 器、功分 器、耦合 器、 放 大器 、开关 等
• 2. 微波的特点
• 微波，之所以作为一个相对独立的学科来加以研究， 是因为它具有下列独特的性质：
• （1）似光性，微波波长非常小, 当微波照射到某些物 体上时, 将产生显著的反射和折射, 就和光线的反射、 折射一样。同时微波传播的特性也和几何光学相似， 能像光线一样地直线传播和容易集中，即具有似光性。
• 2.2.4 智能天线应用
• 微波雷达是射频前端使用微波技术的典型示例。 雷达（RADAR）是英文无线电探测与测距 （Radio Detection And Ranging）的缩写。
• 在第二次世界大战期间，为迅速发现敌人的飞 机和舰船的踪迹，指引飞机或火炮准确地攻击 目标，发明了可以进行探测、导航和定位的装 置，这就是雷达。
本振
限幅
同 步 PN码
• 2.2.3 常用智能天线
• 智能天线通过调整权系数，可以将天线 波束对准来波方向。这个过程称为智能 天线的波束赋形。
• 智能天线的优良特性，使得它在现代无 线通信与移动通信系统中有着广泛的应 用。常用智能天线有：
• 1. 波束切换智能天线
• 波束切换智能天线由多个固定的预约波束构成， 这些波束分别指向不同的方向。天线阵列创建 一组叠加的波束，主瓣紧密结合成花瓣形状， 覆盖了所有方向。
• 2.2.2 智能天线原理
• 智能天线技术是基于波束赋形的一种技 术。
• 智能天线采用空分多址(SDMA)技术，利 用信号在传输方向上的差别，将同频率 或同时隙、同地址码的用户信号区分开 来，可最大限度地利用有限的信道资源。
Hale Waihona Puke Baidu 1. 智能天线的概念
• 智能天线的概念来源于雷达和声纳系统所采用的阵列 天线。它可以通过某种智能算法来合并信号、自动适 应不同的信号环境。对于给定的方向，天线增益是可 以调整的。
收发开关 接收机
天线控制器
发射机
定时器 显示器
• 2.2 智能天线技术 • 2.2.1 概述 • 天线是无线电系统发射与接收信号的器件。无
线通信与移动通信系统的信息传递过程是： • （1）在发射端，信号经发射机，调制成导行
波能量，经馈线传输到发射天线，通过发射天 线，将其转换为某种极化的电磁波能量，并辐 射到预定方向。 • （2）在无线信道中，电波经过一定方式的传 播到达接收点。 • （3）在接收端，接收天线将接收的电波，转 换为已调制的高频电流能量，经馈线输送至接 收机输入端。经接收机解调后取出信号，就完 成了信息的传送。