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PAGE PAGE 16 软件无线电信道化接收机模型的研究 课程名称 ： 数理统计 院 (系) ： 计算机与通信学院 学 号 ： 姓 名 ： 许 名 松 2009年 软件无线电信道化接收机模型的研究 摘要：本文首先分别就单通道软件无线电接收机数学模型和并行多通道软件无线电接收机数学模型进行了分析。在此基础上，再针对软件无线电接收机存在的主要问题提出了软件无线电信道化接收机模型的概念，并且构建了复、实信号多相滤波器组信道化接收机数学模型。最后还对实信号多相滤波器组信道化接收机数学模型进行了仿真。 关键词：软件无线电接收机，软件无线电,数学模型 1.软件无线电的三种结构形式 在软件接收机的前端，A/D起着关键作用，因为A/D不同的采样方式决定了射频处理前端的组成结构，也影响了其后DSP平台的处理方式和对处理速度的不同要求；而且A/D的性能也严重制约整个软件无线电性能的提高。对应A/D对射频模拟信号的不同采样方式，我们可以总结出图1所示的四种典型的软件无线电结构：全宽开射频低通采样软件无线电结构、射频直接带通采样软件无线电结构、中频低通采样软件无线电结构、宽带中频带通采样软件无线电结构，后两种结构很相似归一为图1c） 超宽带滤波器 超宽带滤波器 超宽带放大器 分波段滤波器 超宽带功率放大器 超高速超宽带A/D 超高速超宽带A/D 双工器 超高速DSP （软件） 图1.1a） 射频全宽开低通采样软件无线电结构 fs2fmax 由于软件无线电的工作频段位于0.1MHz~2GHz之间，射频全宽开的低通采样软件无线电结构对于某些工作频段较高的场合显然是不适用的。若最高频率fmax＝2GHz，考虑到前置超宽带滤波器的矩形系数r＝2时，即使允许过渡带混叠，最低采样速率也应满足： fs≥(r+1)fmax＝6GHz 如此高采样速率的ADC和DAC目前显然是无法实现的，尤其是当需要采用大动态、多位数器件时就更加困难。而且对这种前端完全宽开的软件无线电，即前置滤波器带宽为整个工作带宽，由于同时进入接收通道的信号数大幅度上升，对动态范围的要求就更高，给工程实现带来了极大的难度。所以，射频全宽开的低通采样软件无线电结构一般只适用于工作带宽不是非常宽的场合，例如短波HF频段(0.1MHz～30MHz)或者是超短波VHF频段(30MHz～100MHz)，尤其是HF频段，根据目前的器件水平采用这种结构来实现是有可能的，因为此时要求A/D变换器的采样速率为100MHz以内，目前14位的A/D已基本达到了这个要求。 窄带电调谐滤波器 窄带电调谐滤波器 放大器 功放 窄带电调谐滤波 A/D A/D 双工器 超高速DSP （软件） 图1.1b） 射频直接带通采样软件无线电结构 fs/fsm “0”内插上变放大器 f0=(2n+1)fs/4 f0m=(2m+3)fsm/4 基于带通采样的射频宽开软件无线电结构，采用带通采样原理，使用一个主采样频率，若干个“盲区”采样频率来实现对整个工作频段的采样数字化。它的特点是采样速率不高，对A/D及后续DSP的要求比较低，但从硬件结构来看却非常接近于理想的软件无线电。而且整个前端接收通带并不是全宽开的，而是先由窄带电调滤波器选择所需的信号，然后进行放大，再进行带通采样，这显然有助于提高接收通道信噪比，也有助于改善动态范围。这种结构的缺点是要求A/D器件要有足够高的工作带宽，或者说A/D中采样保持器及放大器的性能要高，而目前10位以上的A／D也只能工作在1GHz左右。另外，窄带电调滤波器也是这种结构的软件无线电的关键部件，虽然已有商品上市，但其工作带宽还不够宽，如果要求工作带宽很宽(如0.1MHz～2GHz)则必须分几个，十几个分频段来实现，实现起来还是有相当难度的。该结构另一个缺陷就是需要多个采样频率，增加了系统的复杂度。 把图1b)与图1a)比较可见，两者的最大不同点是前置滤波器的差异，前者采用了窄带电调滤波器，而后者是宽带滤波器；另外就是A/D的采样速率不一样，前者为中高速采样(100MHz以内)，而后者为超高速采样，取决于最高工作频率。最后就是对DSP的处理速度要求不一样，前者要求低，后者要求高，如果要求工作带宽很宽，后者往往是无法实现的。由以上分析可以看出，射频直接带通采样的软件无线电结构实现起来要容易得多，可行的多。 中频低通采样软件无线电结构和射频宽开的低通采样无线电结构一样，在工作频段较高的情况下，要求ADC有足够高的采样速率；在工作频段较低的情况下，又需要复杂的射频前端电路。所以和中频带通采样软件无线电结构相比，就明显处