第三章软件无线电的结构--电子科技大学(经典).ppt

第3章 软件无线电数学模型 软件无线电的基本结构 常见的几种软件无线电接收机数学模型 常见的几种软件无线电发射机数学模型 3.1 软件无线电的三种结构形式 软件无线电的宗旨： （1）尽可能地简化射频模拟前端，使A/D转换尽量靠近天线，数字化后的信号尽量多用软件处理。 （2）硬件平台应具有开放性、通用性，软件应具有可升级性，可替换性。 软件无线电可分为三大组成部分： 3.1 软件无线电的三种结构形式 基于采样方式的不同，软件无线电的组成结构可以分成以下3种： 1）射频全宽带低通采样软件无线电结构 2）射频直接带通采样软件无线电结构 3）宽带中频带通采样软件无线电结构 3.1.1 射频全带宽低通采样软件无线电结构 组成结构如图所示： 这种结构的优缺点 优点：对射频信号直接采样，符合软件无线电概念的定义。 缺点： （1）需要的采样频率太高，特别还要求采用大动态、多位数的A/D/A时，显然目前的器件水平无法实现。 （2）前端超宽的接收模式会对整个结构的动态范围有很高的要求，工程实现极为困难。 所以这种结构只实用于工作带宽不太宽的场合。 例：短波HF频段低通采样软件无线电结构 对于工作频段处于0.1MHz到30MHz范围的HF就可能采用上述结构，因为采样频率在100MHz左右精度为14位的AD已基本能满足要求。 3.1.2 射频直接带通采样软件无线电结构 组成结构如图所示： 本结构说明 本结构采用了射频直接带通采样原理。 这种带通采样除了需要一个主采样频率fs外，还需要M个“盲区”采样频率fsm(m= 0,1,2…M-1)，M值由下式确定： 式中，INT[x]表示取大于等于x的最小整数。 盲区采样频率为： ，式中，m = 0, 1,2,…,M-1对应盲区号。 主采样频率fs的确定主要取决于A/D器件的性能；另外，还要考虑与后续DSP的处理速度相匹配。为减少盲区采样频率的数量，在最高工作频率fmax一定的情况下， fs应尽量选高。 本结构对A/D器件的要求是A/D需有足够高的工作带宽。 优点：与射频全宽开低通采样结构相比最大的不同就是采用的前置滤波器的差异；另外还有A/D的采样速率不同；最后就是对DSP的处理速度要求不同。实现可行性较强。 缺点：前置窄带电调滤波器和高工作带宽的A/D（高性能采样保持放大器）实现起来还是有相当的难度。另外，本结构需要多个采样频率，增加了系统实现复杂度。 因此，我们将介绍下面一种软件无线电结构－－宽带中频带通采样软件无线电结构。 3.1.3 宽带中频带通采样软件无线电结构 组成结构如图所示： 本结构说明 本结构类似于超外差无线电台，但常规电台的中频带宽为窄带结构，而本结构为宽带中频结构。 本结构使前端电路设计得以简化，信号经过接收通道后的失真也小，而且通过后续的数字化处理，本结构具有更好的波形适应，信号带宽适应性以及可扩展性。 本结构的射频前端比较复杂，它的功能是将射频信号转换为适合于A/D采样的宽带中频或把D/A输出的宽带中频信号变换为射频信号。 3.1.4 三种软件无线电结构的等效数字谱 低通采样的软件无线电结构的数字谱： 宽带中频带通采样的数字谱： 由带通采样定理，采样速率 与中频 满足条件： 其AD采样数字谱 如下图1所示，图2为中频信号模拟频谱 ： 射频直接带通采样技术 为消除因前置跟踪滤波器和不理想而产生的采样“盲区”，需要多个采样频率，其中包括一个主采样频率 fS和M个“盲区”采样频率 fSm。主采样时的数字谱和射频信号谱分别如下二图。 这时数字谱与模拟信号谱的对应关系主要取决于前置跟踪滤波器所处的位置，当跟踪滤波器（其中心频率设为 fcent）位于偶数频段，满足： 射频直接带通采样还存在“盲区”采样频带。“盲区”频带的中心频率 f0m由下式定： 式中，fS 为主采样频率，m为“盲区”频带号(m = 0,1,… M-1)，其数字谱和射频信号谱如下图所示 “盲区”采样数字谱与“盲区”频带信号谱的对应关系取决于前置跟踪滤波器所处的位置，当其位于偶数(m=0,2,4,6,…)“盲区”时，其对应关系为： 当其为于奇数 (m=1,3,5,7,…)“盲区”时，其对应关系为： 所以，无论主采样还是“盲区”采样都可以用一个等效的基带数字谱来唯一地表示射频信号，只要确知前置滤波器在射频频带上所处的位置。 3.2 软件无线电接收机数学模型 软件无线电接收机相对发射机而言结构比较复杂，涉及内容多，所以首先介绍两种接收机数学模型。 1）单通道软件无线电接收机数学模型