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第3章 软件无线电的系统组成分解


• 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。
• 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。
• 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。
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。
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。
• 3.2.1 软件无线电系统的模型 • 为了实现上述软件无线电的技术设想, 首先需要建立软件无线电系统的模型, 然后,构建软件无线电的体系结构。 • 软件无线电技术,是在数字无线电技术 的基础上发展起来的。基本的数字通信 系统结构框图如图3-2所示。
信 源
信 源 编 码
加 密
信 道 编 码
信 道
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2. 信号的收发过程 软件无线电系统接收信号的过程如下: (1)天线接收模拟无线电信号。 (2)信号经过天线耦合到射频部分。 (3)经过下变频降低频率。 (4)模拟信号由ADC经过采样、量化、编码, 得到数字信号。 • (5)数据经数字信号处理,存储或输出给信 宿。
• 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。
• 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。
• 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。
Байду номын сангаас
• 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。
• 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。
• 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。
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