• 3.2.2 软件无线电的体系结构 • 软件无线电的体系结构，是指一个全面、 一致的功能、组件、设计原则的集合， 依靠它可以组织、设计、构建一个软件 无线电系统。 • 软件无线电系统结构，是实现软件无线 电概念的设计结构，包括硬件、软件、 接口协议等等部分。
• 1. 软件无线电系统的基本组成 • 一个实际的软件无线电系统的基本组成 如图3-5所示。
• 3. 接收机的特点 • 零中频接收机的特点非常明显：它不需要分立的高Q可调带通滤 波器，只用宽带高频滤波器来降低下变频部分所需动态范围。 • 零中频接收机的优点在于： • （1）使用数字滤波器允许实现性能较好的信道滤波，比如：线性 相位滤波器可以使对调制信号的损伤较小。 • （2）镜像频率位于带内，使用增益和相位平衡的正交下变换，使 得对镜像信号抑制要求不高。 • （3）只需要一个本地振荡器。 • （4）没有中频，易于单片实现。 • （5）低通滤波器很容易集成实现。
• 1. 软件无线电系统的灵活性 • 软件无线电系统的功能灵活性，体现在 以下两个方面： • （1）功能的灵活性：调制方式、编码方 式、桢结构等，都可以灵活设置。 • （2）射频的灵活性：具有灵活多变的、 尽可能全频段的射频覆盖能力。
• 2. 下变频部分 • 在无线通信系统中，由于射频频率很高， 常常工作在微波或超短波频段。这是为 了便于实现信号发射和信道复用。所以， 信号的频率变换，是无线通信系统需要 研究的重要内容。
• 4. 特点 • 低中频接收机的优点在于： • （1）解决了零中频接收机的直流失调问 题。 • （2）本振与射频之间泄漏少。 • （3）复杂度比外差式低、比零中频高。
• 3.3.5 宽中频接收机 • 软件无线电思想，希望尽可能采用数字信号处 理手段完成信号接收过程。 • 在传统的硬件无线电中，不同用户都被下变频 到一个信道、或者一个频段上，接收机的选择 性主要通过模拟信号处理手段来实现。 • 1. 结构 • 为了尽可能采用数字信号处理方式完成处理过 程，人们提出了宽中频接收机，如图3-18所示。
• 2. 特点 • 前面介绍的几种接收机是射频选择信道接收机， 而宽中频接收机是中频信道选择接收机，具有 以下优点： • （1）由于将所有信道都下变频到中频，不需 要使用高阶的带通滤波器抑制镜像信号，所以， 可以实现较高的集成。 • （2）由于第一本振的频率固定，所以，可以 使用低带宽的锁相环，从而获得比较低的相位 噪声。
• 2. 按照系统中各功能模块的连接方式 • 在软件无线电系统中，各个功能模块通 过一定的连接方式，组成一个硬件平台。 这个平台具有以下特点： • （1）开放性。 • （2）可扩展性。 • （3）标准性。 • （4）高数据吞吐率。
• 3.3 软件无线电系统接收机 • 软件无线电系统是实现软件无线电思想的具体设备。 软件无线电系统的核心是接收机与发射机。 • 本节简要介绍软件无线电系统接收机的概念、原理、 技术和实现。 • 3.3.1 概述 • 为了实现软件无线电的设想，对软件无线电系统的功 能有以下要求： • （1）高度集成的软件无线电收发机结构。 • （2）高度的灵活性。 • （3）多模式通信的能力。
• 软件无线电是一种新型的无线体系结构， 它通过硬件和软件结合，使无线网络和 用户终端具有可重配置能力。 • 软件无线电提供了一种建立多模式、多 频段、多功能无线设备的有效、而且相 当经济的解决方案，它可以通过软件升 级实现新的系统功能。
• 3.2 软件无线电系统的组成 • 软件无线电是这样一种无线技术：这种技术配 置一个无线设备，就可以使用于任何通信应用 中。例如：即可以用于移动网络的手机、传呼 机、卫星接收机终端，又可以用于简单的收音 机、音乐播放器、视频播放机、汽车遥控器等 等。 • 图3-1为软件无线电的技术设想。在一个软件无 线电设备平台上，通过软件升级：软件下载、 重配置，就可以实现不同的无线设备功能。
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2. 接收机的结构 外差式接收机结构可以分为以下两种： （1）模拟中频结构的外差式接收机。 （2）数字中频结构的外差式接收机，如 图3-11所示。
• 3. 外差式接收机的特点 • 外差式接收机的特点是：使用中频、射频部分相对固 定、接收机元器件的数量比较多、结构比较复杂。 • 外差式接收机的优点在于： • （1）含有抑制镜像滤波器和中频滤波器，具有良好的 选择性。 • （2）接收机增益分散在几个不同频率的放大器上。 • （3）使用固定的本振频率，将接收的射频信号由实信 号转换为复信号，本地振荡器只需要在一个单一频率 上，进行相位正交和幅度平衡，易于实现。 • （4）整体性能良好。
• 在数字无线电中，通过模拟/数字变换器、数字 /模拟变换器以后，许多原先由硬件完成的功能， 可以由软件来实现了。但是，数字无线电系统 的可重编程、可重配置能力较差，系统的主要 功能不易发生改变。 • 在软件无线电中，不仅原来由硬件完成的大部 分功能，如：编码、调制、同步、滤波等等功 能，都要由软件系统利用数字信号处理技术来 完成。而且，系统的可重编程、可重配置能力 提高了。
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3.2.3 软件无线电系统的实现 为了实现软件无线电系统，可以有两种不同的方法： （1）按照组成系统的物理介质，划分系统的硬件结构。 （2）按照系统中各功能模块的连接方式，划分系统的 体系结构。 • 这两种方法不是完全分开的，任何硬件平台的构成， 都同时包含了这两个方面的设想与问题。 • 1. 按照系统的物理介质 • 按照组成软件无线电系统的物理介质，软件无线电的 硬件体系结构，可以划分为以下三种：
• 3.3.3 零中频接收机 • 零中频软件无线电接收机，是为了克服外差式 接收机的缺点，通过直接下变频的方式，将信 号从射频下变到基带，也称为直接变换结构。 • 1. 接收机的结构 • 零中频接收机，由于完全取消了中频部分，所 以整个接收机的结构很简单，如图3-12所示。
• 2. 接收机的实现 • 零中频接收机的具体实现分为以下两种 方式： • （1）模拟正交混频方式。 • （2）数字正交混频方式。 • 常用的是模拟正交混频方式，如图3-13 所示。
• 1. 按照系统的物理介质 • 按照组成软件无线电系统的物理介质，软件无线电的 硬件体系结构，可以划分为以下三种： • （1）以通用处理器（GPP：服务器或者桌面计算用的 CPU芯片）为基础、直接采用个人计算机（PC）和工 作站进行数字信号处理的体系结构。 • （2）以数字信号处理器（DSP：专门为快速实现各种 数字信号处理算法所设计的、具有特殊结构的微处理 器）为基础进行数字信号处理的体系结构。 • （3）以现场可编程门阵列（FPGA：为专门集成电路 的一种半定制电路，综合了定制电路、与可编程期间 的优点）为基础进行数字信号处理的体系结构。
第3章 软件无线电的系统组成 • 3.1 引言。 • 3.2 软件无线电系统的组成。 • 3.3 软件无线电系统接收机。 • 3.4 软件无线电发射机。 • 3.5 应用举例。 • 3.6 本章小结。
• 3.1 引言 • 软件无线电是一种令人激动的无线技术。它在 军事和民用通信领域中取得了广泛的应用，是 继数字技术后的一个重大变革。 • 与学习通信原理和数字信号处理等课程不同， 学习软件无线电，是学习一种新的无线体系结 构。 • 软件无线电是可以用一种无线设备面对多种通 信需要的技术。与一般的电子系统相同，软件 无线电系统也是由硬件子系统、软件子系统构 成的。
• 3.3.4 低中频接收机 • 为了使软件无线电接收机，一方面能够具有较好的集 成度，另一方面，又可以消除零中频接收机的某些缺 点。结合上述外差式接收机和零中频接收机的优点， 人们提出了低中频接收机。 • 低中频接收机，具有类似于零中频接收机的正交下变 频结构，同时，又保持一个比较低的中频。 • 1. 思路 • 根据前面的讨论，从镜像信号干扰抑制的角度考虑， 采用正交下变频方式，可以完全消除射频前端对高频 镜像抑制滤波器的需求。
信 道 译 码
解 密
信 源 译 码
信 宿
密 钥 源
噪 声
密 钥 源
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1. 由数字无线电到软件无线电 软件无线电经历了以下发展过程： （1）由硬件无线电到数字无线电。 （2）从数字无线电到软件无线电。 在硬件无线电中，系统的功能完全由各种特定 功能的固定电路模块：如放大器、滤波器、变 频器、调制器等等组合而成，其功能不可能发 生任何改变。若要改变系统功能，需要更换硬 件模块。
• 2. 结构 • 根据正交变换的方式，低中频接收机的 结构可以分为以下两种： • （1）模拟正交变换结构。 • （2）数字正交变换结构。
• 3. 低中频的实现 • 从概念上讲，从零中频接收机到低中频接收机 很简单，但是，在实际实现中，它会面临新的 问题：对于正交下变频后，得到的低中频信号， 其包含所需信号频谱和镜像信号频谱。 • 为了抑制镜像信号，一般采用滤波器的方法进 行处理，分为以下两种： • （1）复带通滤波器。 • （2）实带通滤波器。
Hale Waihona Puke • 3. 解调部分 • 在软件无线电接收机的解调部分中，使 用数字信号处理的方式进行完成解调功 能。在频率和相位调制系统中，接收机 解调需要采用正交下变换方式。
• 3.3.2 外差式接收机 • 软件无线电外差式接收机，是非常经典的接收机结构。 从小的时候，我们就在少年无线电实践中，组装过外 差式无线电收音机。 • 1. 射频信号的处理 • 在外差式接收机中，射频信号的处理步骤如下： • （1）首先通过第一级混频器、实混频到一个比较低的 中间频率，着就是我们常说的中频。 • （2）然后，在中频频率上，进行带通滤波、增益控制 等等处理。 • （3）最后，信号被变频带基带。
• 2. 软件无线电的系统模型 • 数字无线电与可下载软件技术结合，就形成了 具有可重编程、可重配置能力的软件无线电技 术。软件无线电的系统模型如图3-4所示。 • 软件无线电系统包括以下几部分： • （1）天线子系统。 • （2）射频部分。 • （3）模拟/数字转换器、数字/模拟转换器。 • （4）数字信号处理部分。