第3章 軟件無線電的系統(tǒng)組成

1、第3章 軟件無線電的系統(tǒng)組成3.1 引言。3.2 軟件無線電系統(tǒng)的組成。3.3 軟件無線電系統(tǒng)接收機(jī)。3.4 軟件無線電發(fā)射機(jī)。3.5 應(yīng)用舉例。3.6 本章小結(jié)。 3.1 引言 軟件無線電是一種令人激動(dòng)的無線技術(shù)。它在軍事和民用通信領(lǐng)域中取得了廣泛的應(yīng)用，是繼數(shù)字技術(shù)后的一個(gè)重大變革。 與學(xué)習(xí)通信原理和數(shù)字信號處理等課程不同，學(xué)習(xí)軟件無線電，是學(xué)習(xí)一種新的無線體系結(jié)構(gòu)。 軟件無線電是可以用一種無線設(shè)備面對多種通信需要的技術(shù)。與一般的電子系統(tǒng)相同，軟件無線電系統(tǒng)也是由硬件子系統(tǒng)、軟件子系統(tǒng)構(gòu)成的。 軟件無線電是一種新型的無線體系結(jié)構(gòu)，它通過硬件和軟件結(jié)合，使無線網(wǎng)絡(luò)和用戶終端具有可重配置能力。

2、 軟件無線電提供了一種建立多模式、多頻段、多功能無線設(shè)備的有效、而且相當(dāng)經(jīng)濟(jì)的解決方案，它可以通過軟件升級實(shí)現(xiàn)新的系統(tǒng)功能。 3.2 軟件無線電系統(tǒng)的組成 軟件無線電是這樣一種無線技術(shù)：這種技術(shù)配置一個(gè)無線設(shè)備，就可以使用于任何通信應(yīng)用中。例如：即可以用于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)、傳呼機(jī)、衛(wèi)星接收機(jī)終端，又可以用于簡單的收音機(jī)、音樂播放器、視頻播放機(jī)、汽車遙控器等等。 圖3-1為軟件無線電的技術(shù)設(shè)想。在一個(gè)軟件無線電設(shè)備平臺上，通過軟件升級：軟件下載、重配置，就可以實(shí)現(xiàn)不同的無線設(shè)備功能。 3.2.1 軟件無線電系統(tǒng)的模型 為了實(shí)現(xiàn)上述軟件無線電的技術(shù)設(shè)想，首先需要建立軟件無線電系統(tǒng)的模型，然后，構(gòu)建軟

3、件無線電的體系結(jié)構(gòu)。 軟件無線電技術(shù)，是在數(shù)字無線電技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的?；镜臄?shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2所示。信源編碼加密信道編碼信 道信道譯碼解密信源譯碼信宿密鑰源噪 聲密鑰源信源 1. 由數(shù)字無線電到軟件無線電由數(shù)字無線電到軟件無線電 軟件無線電經(jīng)歷了以下發(fā)展過程： （1）由硬件無線電到數(shù)字無線電。 （2）從數(shù)字無線電到軟件無線電。 在硬件無線電中，系統(tǒng)的功能完全由各種特定功能的固定電路模塊：如放大器、濾波器、變頻器、調(diào)制器等等組合而成，其功能不可能發(fā)生任何改變。若要改變系統(tǒng)功能，需要更換硬件模塊。 在數(shù)字無線電中，通過模擬/數(shù)字變換器、數(shù)字/模擬變換器以后，許多原先由硬件完成的功

4、能，可以由軟件來實(shí)現(xiàn)了。但是，數(shù)字無線電系統(tǒng)的可重編程、可重配置能力較差，系統(tǒng)的主要功能不易發(fā)生改變。 在軟件無線電中，不僅原來由硬件完成的大部分功能，如：編碼、調(diào)制、同步、濾波等等功能，都要由軟件系統(tǒng)利用數(shù)字信號處理技術(shù)來完成。而且，系統(tǒng)的可重編程、可重配置能力提高了。 2. 軟件無線電的系統(tǒng)模型軟件無線電的系統(tǒng)模型 數(shù)字無線電與可下載軟件技術(shù)結(jié)合，就形成了具有可重編程、可重配置能力的軟件無線電技術(shù)。軟件無線電的系統(tǒng)模型如圖3-4所示。 軟件無線電系統(tǒng)包括以下幾部分： （1）天線子系統(tǒng)。 （2）射頻部分。 （3）模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器。 （4）數(shù)字信號處理部分。 3.2.2 軟件

5、無線電的體系結(jié)構(gòu) 軟件無線電的體系結(jié)構(gòu)，是指一個(gè)全面、一致的功能、組件、設(shè)計(jì)原則的集合，依靠它可以組織、設(shè)計(jì)、構(gòu)建一個(gè)軟件無線電系統(tǒng)。 軟件無線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)軟件無線電概念的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，包括硬件、軟件、接口協(xié)議等等部分。 1. 軟件無線電系統(tǒng)的基本組成軟件無線電系統(tǒng)的基本組成 一個(gè)實(shí)際的軟件無線電系統(tǒng)的基本組成如圖3-5所示。 2. 信號的收發(fā)過程信號的收發(fā)過程 軟件無線電系統(tǒng)接收信號的過程如下： （1）天線接收模擬無線電信號。 （2）信號經(jīng)過天線耦合到射頻部分。 （3）經(jīng)過下變頻降低頻率。 （4）模擬信號由ADC經(jīng)過采樣、量化、編碼，得到數(shù)字信號。 （5）數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)字信號處理，存儲或輸出給信

6、宿。 3.2.3 軟件無線電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 為了實(shí)現(xiàn)軟件無線電系統(tǒng)，可以有兩種不同的方法： （1）按照組成系統(tǒng)的物理介質(zhì)，劃分系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。 （2）按照系統(tǒng)中各功能模塊的連接方式，劃分系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。 這兩種方法不是完全分開的，任何硬件平臺的構(gòu)成，都同時(shí)包含了這兩個(gè)方面的設(shè)想與問題。 1. 按照系統(tǒng)的物理介質(zhì)按照系統(tǒng)的物理介質(zhì) 按照組成軟件無線電系統(tǒng)的物理介質(zhì)，軟件無線電的硬件體系結(jié)構(gòu)，可以劃分為以下三種： （1）以通用處理器（GPP：服務(wù)器或者桌面計(jì)算用的CPU芯片）為基礎(chǔ)、直接采用個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）和工作站進(jìn)行數(shù)字信號處理的體系結(jié)構(gòu)。 （2）以數(shù)字信號處理器（DSP：專門為快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信

7、號處理算法所設(shè)計(jì)的、具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器）為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)字信號處理的體系結(jié)構(gòu)。 （3）以現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA：為專門集成電路的一種半定制電路，綜合了定制電路、與可編程期間的優(yōu)點(diǎn)）為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)字信號處理的體系結(jié)構(gòu)。 2. 按照系統(tǒng)中各功能模塊的連接方式按照系統(tǒng)中各功能模塊的連接方式 在軟件無線電系統(tǒng)中，各個(gè)功能模塊通過一定的連接方式，組成一個(gè)硬件平臺。這個(gè)平臺具有以下特點(diǎn)： （1）開放性。 （2）可擴(kuò)展性。 （3）標(biāo)準(zhǔn)性。 （4）高數(shù)據(jù)吞吐率。 3.3 軟件無線電系統(tǒng)接收機(jī) 軟件無線電系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)軟件無線電思想的具體設(shè)備。軟件無線電系統(tǒng)的核心是接收機(jī)與發(fā)射機(jī)。 本節(jié)簡要介紹軟件無線電系統(tǒng)接收

8、機(jī)的概念、原理、技術(shù)和實(shí)現(xiàn)。 3.3.1 概述 為了實(shí)現(xiàn)軟件無線電的設(shè)想，對軟件無線電系統(tǒng)的功能有以下要求： （1）高度集成的軟件無線電收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)。 （2）高度的靈活性。 （3）多模式通信的能力。 1. 軟件無線電系統(tǒng)的靈活性軟件無線電系統(tǒng)的靈活性 軟件無線電系統(tǒng)的功能靈活性，體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面： （1）功能的靈活性：調(diào)制方式、編碼方式、楨結(jié)構(gòu)等，都可以靈活設(shè)置。 （2）射頻的靈活性：具有靈活多變的、盡可能全頻段的射頻覆蓋能力。 2. 下變頻部分下變頻部分 在無線通信系統(tǒng)中，由于射頻頻率很高，常常工作在微波或超短波頻段。這是為了便于實(shí)現(xiàn)信號發(fā)射和信道復(fù)用。所以，信號的頻率變換，是無線通信系統(tǒng)需

9、要研究的重要內(nèi)容。 3. 解調(diào)部分解調(diào)部分 在軟件無線電接收機(jī)的解調(diào)部分中，使用數(shù)字信號處理的方式進(jìn)行完成解調(diào)功能。在頻率和相位調(diào)制系統(tǒng)中，接收機(jī)解調(diào)需要采用正交下變換方式。 3.3.2 外差式接收機(jī) 軟件無線電外差式接收機(jī)，是非常經(jīng)典的接收機(jī)結(jié)構(gòu)。從小的時(shí)候，我們就在少年無線電實(shí)踐中，組裝過外差式無線電收音機(jī)。 1. 射頻信號的處理射頻信號的處理 在外差式接收機(jī)中，射頻信號的處理步驟如下： （1）首先通過第一級混頻器、實(shí)混頻到一個(gè)比較低的中間頻率，著就是我們常說的中頻。 （2）然后，在中頻頻率上，進(jìn)行帶通濾波、增益控制等等處理。 （3）最后，信號被變頻帶基帶。 2. 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)接收機(jī)的結(jié)構(gòu)

10、 外差式接收機(jī)結(jié)構(gòu)可以分為以下兩種： （1）模擬中頻結(jié)構(gòu)的外差式接收機(jī)。 （2）數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的外差式接收機(jī)，如圖3-11所示。 3. 外差式接收機(jī)的特點(diǎn)外差式接收機(jī)的特點(diǎn) 外差式接收機(jī)的特點(diǎn)是：使用中頻、射頻部分相對固定、接收機(jī)元器件的數(shù)量比較多、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 外差式接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于： （1）含有抑制鏡像濾波器和中頻濾波器，具有良好的選擇性。 （2）接收機(jī)增益分散在幾個(gè)不同頻率的放大器上。 （3）使用固定的本振頻率，將接收的射頻信號由實(shí)信號轉(zhuǎn)換為復(fù)信號，本地振蕩器只需要在一個(gè)單一頻率上，進(jìn)行相位正交和幅度平衡，易于實(shí)現(xiàn)。 （4）整體性能良好。 3.3.3 零中頻接收機(jī) 零中頻軟件無線電接收機(jī)

11、，是為了克服外差式接收機(jī)的缺點(diǎn)，通過直接下變頻的方式，將信號從射頻下變到基帶，也稱為直接變換結(jié)構(gòu)。 1. 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)接收機(jī)的結(jié)構(gòu) 零中頻接收機(jī)，由于完全取消了中頻部分，所以整個(gè)接收機(jī)的結(jié)構(gòu)很簡單，如圖3-12所示。 2. 接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的實(shí)現(xiàn) 零中頻接收機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)分為以下兩種方式： （1）模擬正交混頻方式。 （2）數(shù)字正交混頻方式。 常用的是模擬正交混頻方式，如圖3-13所示。3. 接收機(jī)的特點(diǎn)接收機(jī)的特點(diǎn)零中頻接收機(jī)的特點(diǎn)非常明顯：它不需要分立的高Q可調(diào)帶通濾波器，只用寬帶高頻濾波器來降低下變頻部分所需動(dòng)態(tài)范圍。零中頻接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）使用數(shù)字濾波器允許實(shí)現(xiàn)性能較好的信道濾波，

12、比如：線性相位濾波器可以使對調(diào)制信號的損傷較小。（2）鏡像頻率位于帶內(nèi)，使用增益和相位平衡的正交下變換，使得對鏡像信號抑制要求不高。（3）只需要一個(gè)本地振蕩器。（4）沒有中頻，易于單片實(shí)現(xiàn)。（5）低通濾波器很容易集成實(shí)現(xiàn)。 3.3.4 低中頻接收機(jī) 為了使軟件無線電接收機(jī)，一方面能夠具有較好的集成度，另一方面，又可以消除零中頻接收機(jī)的某些缺點(diǎn)。結(jié)合上述外差式接收機(jī)和零中頻接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，人們提出了低中頻接收機(jī)。 低中頻接收機(jī)，具有類似于零中頻接收機(jī)的正交下變頻結(jié)構(gòu)，同時(shí)，又保持一個(gè)比較低的中頻。 1. 思路思路 根據(jù)前面的討論，從鏡像信號干擾抑制的角度考慮，采用正交下變頻方式，可以完全消除射頻前

13、端對高頻鏡像抑制濾波器的需求。 2. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 根據(jù)正交變換的方式，低中頻接收機(jī)的結(jié)構(gòu)可以分為以下兩種： （1）模擬正交變換結(jié)構(gòu)。 （2）數(shù)字正交變換結(jié)構(gòu)。 3. 低中頻的實(shí)現(xiàn)低中頻的實(shí)現(xiàn) 從概念上講，從零中頻接收機(jī)到低中頻接收機(jī)很簡單，但是，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，它會(huì)面臨新的問題：對于正交下變頻后，得到的低中頻信號，其包含所需信號頻譜和鏡像信號頻譜。 為了抑制鏡像信號，一般采用濾波器的方法進(jìn)行處理，分為以下兩種： （1）復(fù)帶通濾波器。 （2）實(shí)帶通濾波器。 4. 特點(diǎn)特點(diǎn) 低中頻接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于： （1）解決了零中頻接收機(jī)的直流失調(diào)問題。 （2）本振與射頻之間泄漏少。 （3）復(fù)雜度比外差式低、比零中

14、頻高。 3.3.5 寬中頻接收機(jī) 軟件無線電思想，希望盡可能采用數(shù)字信號處理手段完成信號接收過程。 在傳統(tǒng)的硬件無線電中，不同用戶都被下變頻到一個(gè)信道、或者一個(gè)頻段上，接收機(jī)的選擇性主要通過模擬信號處理手段來實(shí)現(xiàn)。 1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 為了盡可能采用數(shù)字信號處理方式完成處理過程，人們提出了寬中頻接收機(jī)，如圖3-18所示。 2. 特點(diǎn)特點(diǎn) 前面介紹的幾種接收機(jī)是射頻選擇信道接收機(jī)，而寬中頻接收機(jī)是中頻信道選擇接收機(jī)，具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）由于將所有信道都下變頻到中頻，不需要使用高階的帶通濾波器抑制鏡像信號，所以，可以實(shí)現(xiàn)較高的集成。 （2）由于第一本振的頻率固定，所以，可以使用低帶寬的鎖相環(huán)，從而獲

15、得比較低的相位噪聲。 3.2.3 軟件無線電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 為了實(shí)現(xiàn)軟件無線電系統(tǒng)，可以有兩種不同的方法： （1）按照組成系統(tǒng)的物理介質(zhì)，劃分系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。 （2）按照系統(tǒng)中各功能模塊的連接方式，劃分系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。 這兩種方法不是完全分開的，任何硬件平臺的構(gòu)成，都同時(shí)包含了這兩個(gè)方面的設(shè)想與問題。 1. 按照系統(tǒng)的物理介質(zhì)按照系統(tǒng)的物理介質(zhì) 按照組成軟件無線電系統(tǒng)的物理介質(zhì)，軟件無線電的硬件體系結(jié)構(gòu)，可以劃分為以下三種： 2. 按照系統(tǒng)中各功能模塊的連接方式按照系統(tǒng)中各功能模塊的連接方式 在軟件無線電系統(tǒng)中，各個(gè)功能模塊通過一定的連接方式，組成一個(gè)硬件平臺。這個(gè)平臺具有以下特點(diǎn)： （1）開放性

16、。 （2）可擴(kuò)展性。 （3）標(biāo)準(zhǔn)性。 （4）高數(shù)據(jù)吞吐率。 3.3 軟件無線電系統(tǒng)接收機(jī) 軟件無線電系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)軟件無線電思想的具體設(shè)備。軟件無線電系統(tǒng)的核心是接收機(jī)與發(fā)射機(jī)。 本節(jié)簡要介紹軟件無線電系統(tǒng)接收機(jī)的概念、原理、技術(shù)和實(shí)現(xiàn)。 3.3.1 概述 為了實(shí)現(xiàn)軟件無線電的設(shè)想，對軟件無線電系統(tǒng)的功能有以下要求： （1）高度集成的軟件無線電收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)。 （2）高度的靈活性。 （3）多模式通信的能力。 1. 軟件無線電系統(tǒng)的靈活性軟件無線電系統(tǒng)的靈活性 軟件無線電系統(tǒng)的功能靈活性，體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面： （1）功能的靈活性：調(diào)制方式、編碼方式、楨結(jié)構(gòu)等，都可以靈活設(shè)置。 （2）射頻的靈活性：具有靈

17、活多變的、盡可能全頻段的射頻覆蓋能力。 2. 下變頻部分下變頻部分 在無線通信系統(tǒng)中，由于射頻頻率很高，常常工作在微波或超短波頻段。這是為了便于實(shí)現(xiàn)信號發(fā)射和信道復(fù)用。所以，信號的頻率變換，是無線通信系統(tǒng)需要研究的重要內(nèi)容。 根據(jù)頻率變換前后的情況，可以分為以下兩種頻率變換： （1）下變頻：頻率減少。 （2）上變頻：頻率增加。 3. 解調(diào)部分解調(diào)部分 在軟件無線電接收機(jī)的解調(diào)部分中，使用數(shù)字信號處理的方式進(jìn)行完成解調(diào)功能。在頻率和相位調(diào)制系統(tǒng)中，接收機(jī)解調(diào)需要采用正交下變換方式。 3.3.2 外差式接收機(jī) 軟件無線電外差式接收機(jī)，是非常經(jīng)典的接收機(jī)結(jié)構(gòu)。從小的時(shí)候，我們就在少年無線電實(shí)踐中，組

18、裝過外差式無線電收音機(jī)。 1. 射頻信號的處理射頻信號的處理 在外差式接收機(jī)中，射頻信號的處理步驟如下： （1）首先通過第一級混頻器、實(shí)混頻到一個(gè)比較低的中間頻率，著就是我們常說的中頻。 （2）然后，在中頻頻率上，進(jìn)行帶通濾波、增益控制等等處理。 （3）最后，信號被變頻帶基帶。 2. 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)接收機(jī)的結(jié)構(gòu) 外差式接收機(jī)結(jié)構(gòu)可以分為以下兩種： （1）模擬中頻結(jié)構(gòu)的外差式接收機(jī)。 （2）數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的外差式接收機(jī)，如圖3-11所示。 3. 外差式接收機(jī)的特點(diǎn)外差式接收機(jī)的特點(diǎn) 外差式接收機(jī)的特點(diǎn)是：使用中頻、射頻部分相對固定、接收機(jī)元器件的數(shù)量比較多、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 外差式接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于：

19、（1）含有抑制鏡像濾波器和中頻濾波器，具有良好的選擇性。 （2）接收機(jī)增益分散在幾個(gè)不同頻率的放大器上。 （3）使用固定的本振頻率，將接收的射頻信號由實(shí)信號轉(zhuǎn)換為復(fù)信號，本地振蕩器只需要在一個(gè)單一頻率上，進(jìn)行相位正交和幅度平衡，易于實(shí)現(xiàn)。 3.3.3 零中頻接收機(jī) 零中頻軟件無線電接收機(jī)，是為了克服外差式接收機(jī)的缺點(diǎn)，通過直接下變頻的方式，將信號從射頻下變到基帶，也稱為直接變換結(jié)構(gòu)。 1. 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)接收機(jī)的結(jié)構(gòu) 零中頻接收機(jī)，由于完全取消了中頻部分，所以整個(gè)接收機(jī)的結(jié)構(gòu)很簡單，如圖3-12所示。 2. 接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的實(shí)現(xiàn) 零中頻接收機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)分為以下兩種方式： （1）模擬正交混頻方

20、式。 （2）數(shù)字正交混頻方式。 常用的是模擬正交混頻方式，如圖3-13所示。3. 接收機(jī)的特點(diǎn)接收機(jī)的特點(diǎn)零中頻接收機(jī)的特點(diǎn)非常明顯：它不需要分立的高Q可調(diào)帶通濾波器，只用寬帶高頻濾波器來降低下變頻部分所需動(dòng)態(tài)范圍。零中頻接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）使用數(shù)字濾波器允許實(shí)現(xiàn)性能較好的信道濾波，比如：線性相位濾波器可以使對調(diào)制信號的損傷較小。（2）鏡像頻率位于帶內(nèi)，使用增益和相位平衡的正交下變換，使得對鏡像信號抑制要求不高。（3）只需要一個(gè)本地振蕩器。（4）沒有中頻，易于單片實(shí)現(xiàn)。（5）低通濾波器很容易集成實(shí)現(xiàn)。 3.3.4 低中頻接收機(jī) 為了使軟件無線電接收機(jī)，一方面能夠具有較好的集成度，另一方面，

21、又可以消除零中頻接收機(jī)的某些缺點(diǎn)。結(jié)合上述外差式接收機(jī)和零中頻接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，人們提出了低中頻接收機(jī)。 低中頻接收機(jī)，具有類似于零中頻接收機(jī)的正交下變頻結(jié)構(gòu)，同時(shí)，又保持一個(gè)比較低的中頻。 1. 思路思路 根據(jù)前面的討論，從鏡像信號干擾抑制的角度考慮，采用正交下變頻方式，可以完全消除射頻前端對高頻鏡像抑制濾波器的需求。 2. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 根據(jù)正交變換的方式，低中頻接收機(jī)的結(jié)構(gòu)可以分為以下兩種： （1）模擬正交變換結(jié)構(gòu)。 （2）數(shù)字正交變換結(jié)構(gòu)。 3. 低中頻的實(shí)現(xiàn)低中頻的實(shí)現(xiàn) 從概念上講，從零中頻接收機(jī)到低中頻接收機(jī)很簡單，但是，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，它會(huì)面臨新的問題：對于正交下變頻后，得到的低中頻信號，

22、其包含所需信號頻譜和鏡像信號頻譜。 為了抑制鏡像信號，一般采用濾波器的方法進(jìn)行處理，分為以下兩種： （1）復(fù)帶通濾波器。 （2）實(shí)帶通濾波器。 4. 特點(diǎn)特點(diǎn) 低中頻接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于： （1）解決了零中頻接收機(jī)的直流失調(diào)問題。 （2）本振與射頻之間泄漏少。 （3）復(fù)雜度比外差式低、比零中頻高。 3.3.5 寬中頻接收機(jī) 軟件無線電思想，希望盡可能采用數(shù)字信號處理手段完成信號接收過程。 在傳統(tǒng)的硬件無線電中，不同用戶都被下變頻到一個(gè)信道、或者一個(gè)頻段上，接收機(jī)的選擇性主要通過模擬信號處理手段來實(shí)現(xiàn)。 1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 為了盡可能采用數(shù)字信號處理方式完成處理過程，人們提出了寬中頻接收機(jī)，如圖3-18

23、所示。2. 特點(diǎn)特點(diǎn)前面介紹的幾種接收機(jī)是射頻選擇信道接收機(jī)，而寬中頻接收機(jī)是中頻信道選擇接收機(jī)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）由于將所有信道都下變頻到中頻，不需要使用高階的帶通濾波器抑制鏡像信號，所以，可以實(shí)現(xiàn)較高的集成。（2）由于第一本振的頻率固定，所以，可以使用低帶寬的鎖相環(huán)，從而獲得比較低的相位噪聲。（3）由于本振在接受信號的帶外，所以，相位噪聲對接收信號的影響比較小。（4）由于在中頻完成信道的選擇，鎖相環(huán)所需要的分頻比較低，所以，鎖相環(huán)中參考晶振、相位檢測器、分頻電路對頻率綜合器的相位噪聲影響減少。另外，比較低的分頻比，使鎖相環(huán)輸出中頻時(shí)的寄生分量減少。 3.3.6 信道化接收機(jī) 軟件無線電是

24、一種新型的無線體系結(jié)構(gòu)，它提供了一種建立多模式、多頻段、多功能無線設(shè)備的有效、經(jīng)濟(jì)的解決方案。 軟件無線電系統(tǒng)是具有全頻段、多模式工作能力的無線通信設(shè)備。軟件無線電系統(tǒng)具有可以同時(shí)支持多個(gè)信道的能力。 1. 信道化接收機(jī)的概念信道化接收機(jī)的概念 信道化是指，通過指定信道對通信實(shí)施管理的過程，進(jìn)一步講，可以指采用多信道傳輸數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。 2. 信道化的方法信道化的方法 實(shí)現(xiàn)信道化，是需要使用數(shù)字信號處理方式的。在接收機(jī)的ADC之后，根據(jù)ADC的使用情況，可以把接收機(jī)前端分為以下兩種： （1）中頻采樣前端。 （2）零中頻變換前端。 3.4 軟件無線電發(fā)射機(jī) 在軟件無線電系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)完成的是接收機(jī)的

25、反過程。軟件無線電發(fā)射機(jī)的作用有以下兩個(gè)： （1）上變頻調(diào)制。 （2）功率放大。 3.4.1 概述 軟件無線電發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要問題是： （1）發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)。 （2）發(fā)射機(jī)線性化問題。 1. 實(shí)混頻上變頻實(shí)混頻上變頻 實(shí)混頻的過程如下： （1）基帶信號與本振信號相乘： （2）然后，進(jìn)行帶通濾波。 這樣，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)混頻上變頻。 2. 復(fù)混頻上變頻復(fù)混頻上變頻 復(fù)混頻上變頻就是：正交上變頻。正交上變頻的特點(diǎn)是： （1）可以產(chǎn)生多種調(diào)制信號。 （2）可以進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。 在軟件無線電中，一般采用正交上變頻。 3. 內(nèi)插帶通上變頻內(nèi)插帶通上變頻 內(nèi)插帶通上變頻就是：采用采樣速率變換的方法實(shí)現(xiàn)上變頻。

26、對采樣點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)插，頻譜中不僅包含基帶成分，而且含有高頻鏡像分量。為了從中恢復(fù)出原始頻譜，需要進(jìn)行濾波。 內(nèi)插帶通上變頻的實(shí)現(xiàn)過程如下： （1）對原始信號進(jìn)行內(nèi)插。 （2）通過帶通濾波器，形成上變頻信號。 4. 數(shù)字上變頻器數(shù)字上變頻器 數(shù)字上變頻器在數(shù)字下變頻器一樣，都是在軟件無線電中大量使用的、專門用來進(jìn)行上、下變頻的數(shù)字器件。 5. 輸出功率回退法射頻線性化輸出功率回退法射頻線性化 軟件無線電發(fā)射機(jī)，必須適應(yīng)多調(diào)制方式和寬頻率范圍。為了追求更高的數(shù)據(jù)速率和頻譜效率，通信系統(tǒng)普遍采用線性調(diào)制方式。 在多載波系統(tǒng)中峰均比較大，信號包絡(luò)變化，系統(tǒng)必須支持線性調(diào)制方案，能夠?qū)崿F(xiàn)線性放大過程。 所以

27、，線性功率放大技術(shù)在發(fā)射機(jī)中非常重要。 6. 預(yù)失真法射頻線性化預(yù)失真法射頻線性化 預(yù)失真法：就是在功率放大器前增加一個(gè)非線性電路，以補(bǔ)償功率放大器的非線性，使得兩者的組合電路具有線性，從而減少線性調(diào)制信號放大后的交調(diào)失真。 預(yù)失真法的特點(diǎn)是： （1）優(yōu)點(diǎn)：成本低、易于高頻、寬帶應(yīng)用。 （2）缺點(diǎn)：頻譜再生分量改善較少。 7. 前饋法射頻線性化前饋法射頻線性化 前饋法：就是預(yù)先產(chǎn)生誤差信號，并在功放輸出時(shí)減去該誤差，以便實(shí)現(xiàn)線性放大的方法。 前饋法的特點(diǎn)在于： （1）優(yōu)點(diǎn)：校準(zhǔn)精度高。 （2）缺點(diǎn)：系統(tǒng)效率低。 3.4.2 外差式發(fā)射機(jī) 外差式發(fā)射機(jī)，也叫多級交換發(fā)射機(jī)，它有一個(gè)、或者幾個(gè)固定

28、的中頻，在中頻上進(jìn)行上變頻調(diào)制，然后發(fā)射出去。 外差式發(fā)射機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是： （1）可以利用數(shù)字信號處理器用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)。 （2）系統(tǒng)性能好。 3.4.3 零中頻發(fā)射機(jī) 零中頻發(fā)射機(jī)，就是基于直接正交上變頻技術(shù)的發(fā)射機(jī)，又稱為直接變換發(fā)射機(jī)。它可以直接將基帶信號搬移到射頻載頻、并且消除無用的邊帶信號，可以實(shí)現(xiàn)單邊帶通信的方式。 零中頻發(fā)射機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是： （1）系統(tǒng)層次少、復(fù)雜度低，易于集成。 （2）沒有中頻，鏡像信號與所許信號完全重合，對濾波器要求低。 3.4.4 低中頻發(fā)射機(jī) 低中頻發(fā)射機(jī)綜合了外差式發(fā)射機(jī)和零中頻發(fā)射機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，采用上變頻結(jié)構(gòu)，就是相移法調(diào)制。 低中頻發(fā)射機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于： （1）集中了外差式發(fā)射機(jī)和零中頻發(fā)射機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。 （2）易于集成化。 （3）可以消除中頻泄漏、中頻牽引。 （4）綜合性能好。 3.4.5 寬中頻發(fā)射機(jī) 寬中頻發(fā)射機(jī)具有一個(gè)寬的中頻。這個(gè)中頻可以包含多個(gè)信道，然后進(jìn)行上變頻發(fā)射出去。 寬中頻發(fā)射機(jī)可以認(rèn)為是數(shù)字中頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，只是信道的劃分由數(shù)字中頻完成。 寬中頻發(fā)射機(jī)的特點(diǎn)在于： （1）優(yōu)點(diǎn)：對模擬射頻器件要求降低。 （2）缺點(diǎn)：可能引入不可接受的頻帶內(nèi)幅度的不平衡。 3.4.6 信