《软件无线电》作业总结

现代无线通信技术——软件无线电姓名：***学院：电子信息工程学院专业：电子信息工程学号：************随着移动通信的发展，一种基于软件定义而非通过硬连线实现的无线通信协议——软件无线电越来越受到人们的重视。

软件无线电采用开放式总线结构，以高速度的可编程器件为依托，使用宽带/多频段天线、宽带A/D转换等关键技术，通过软件编程来代替复杂的物理设备，实现多种通信制式下的相互通信，在第三代移动通信系统中得到了广泛的应用，具有很好的发展前景。

关键词：软件无线电总线结构关键技术软件编程应用发展前景随着移动通信的发展，从20世纪90年代初开始，软件无线电（Software Radio，SWR）的概念开始广泛流行起来。

由于多种数字无线通信标准共存，如GSM、CDMA－IS95等，每一种制式对其手机都有不同的要求，不同制式间的手机无法互连互通。

为了解决这个问题，软件无线电方案提出将2MHz～2000MHz的空中信号全部收下来进行抽样、量化，转化成数字信号用软件处理。

换句话说，就是把空中所有可能存在的无线通信信号全部收下来进行数字化处理，从而与任何一种无线通信标准的基站进行通信。

从理论上说，使用软件无线电技术的手机与任何一种无线通信制式都兼容。

虽然在理论上软件无线电有良好的应用前景，但在实际应用时，它需要极高速的软、硬件处理能力。

由于硬件工艺水平的限制，直到今天，纯粹的软件无线电概念也没有在实际产品中得到广泛的应用。

但一种基于软件无线电概念基础上的软件定义无线电技术却越来越受到人们的重视。

软件定义的无线电(Software Defined Radio，SDR) 是一种无线电广播通信技术，它基于软件定义的无线通信协议而非通过硬连线实现。

换言之，频带、空中接口协议和功能可通过软件下载和更新来升级，而不用完全更换硬件。

SDR 针对构建多模式、多频和多功能无线通信设备的问题提供有效而安全的解决方案。

在2001年10月份举行的ITU－8F会议上，软件定义无线电（SDR）被推荐为今后无线通信发展极有可能的方向。

西安电子科技大学软件无线电论文作业通信工程学院黄涤摘要继模拟到数字、固定通信到移动通信之后，软件无线电技术是第三次通信技术领域的革命。

多采样率转换技术是实现软件无线电通信系统对各种通信标准兼容的关键。

多采样率数字滤波器广泛应用于软件无线电中，它能降低信号处理的复杂度，增加应用的灵活性。

本文首先分析了软件无线电中带通采样、内插和抽取等多采样率数字信号处理技术，从最大限度降低系统运算速度要求和减少系统存储空间出发，将软件无线电采样率转换过程分为整数倍转换和非整数倍转换两个步骤来实现。

其次对软件无线电中多采样率数字滤波器的特性进行了介绍。

关键词；软件无线电；采样率；抽取；内插：滤波器ABSTRACTsoftware Radio Technology (SWR) has been recognized as the third transform in the telecommunication field after the analog communication to digital communication，fixed communication to mobile communication．The multi-sample rate conversion(SRC)technique plays an essential part in enabling the SWR system to match multi-communication standards．Multi-sample-rate digital filter, which reduces the complexity in handling signals and enhances the flexibility of implication function，is widely used in the field of SWR．This essay firstly makes a research on band pass sampling applied in SWR system，interpolation and decimation in multi-sample rate network and，on the basis of reducing the requirement on calculation speed to the minimum and memory space，divides the SRC system into two parts：decimation system for integral factor and for fractional or irrational factor and further discusses in detail the conversion of fractional factor.Secondly, the essay makes a further a11aIysis on the characteristics of various multi-sample-rate filters widely used in SWR.Key words：software radio，sample rate，decimation，interpolation，filter目录一、概述： (3)二、多采样数字滤波器在软件无线电中的重要性 (4)三、软件无线电中的多采样率信号处理技术 (5)3.1信号采样理论 (6)3.2采样率变换技术 (9)3.3 过采样技术 (15)四、多抽样率频率抽样FIR 数字滤波器 (17)4.1FIR数字滤波器的数学模型和相位 (17)4.2 适合于D=2M倍抽取或内插的半带滤波器 (20)五、结束语 (24)六、参考文献 (24)一、概述：继模拟通信到数字通信、固定通信到移动通信之后，软件无线电是第三次世界通信技术领域的革命。

软件无线电软件无线电技术是指利用计算机软件技术实现无线电设备的控制、信号处理和通讯操作。

它的出现对无线电通讯技术的发展起到了重大的推动作用，使得无线电通讯技术向着数字化、智能化、高效化的方向不断发展。

软件无线电技术的起源可以追溯到20世纪80年代，当时计算机技术的发展以及数字信号处理技术的进步为软件无线电技术的兴起提供了技术基础。

1983年，美国开发了第一套软件无线电系统——软件电台（Software Radio），该系统通过DSP芯片实现了数字信号的采集、处理和发送。

这套系统的出现标志着软件无线电技术进入了实用化阶段。

软件无线电技术的主要特点是可编程性、可重构性和灵活性。

这些特点使得软件无线电可以符合不同的使用场景和应用需求。

比如，可以根据不同的频段、不同的调制方式以及不同的传输速率进行定制，实现智能化控制和自适应调整。

软件无线电技术的应用领域非常广泛，其中最主要的包括：航空航天、国防军事、广播电视、移动通信等。

在航空航天领域，软件无线电技术可以用于卫星通信、飞行控制、导航等方面，提高了通信的可靠性和精度；在国防军事领域，软件无线电技术可以用于军事通信、雷达和电子战等方面，提高了作战效率和战场指挥的精度；在广播电视领域，软件无线电技术可以用于数字电视、数字音频广播等方面，提高了广播电视的质量和体验；在移动通信领域，软件无线电技术可以用于3G、4G、5G等无线通信标准，提高了通信速率和网络容量。

软件无线电技术的发展趋势主要是数字化、网络化和智能化。

数字化是指数字信号处理技术的不断发展，使得传输速率和信道利用率不断提高；网络化是指软件无线电技术不断向网络化方向发展，构建起基于IP网络的无线电通信系统；智能化是指软件无线电技术逐步引入人工智能和机器学习技术，实现了更智能的调制方式、自适应调整和故障预测等功能。

当然，在软件无线电技术发展的过程中也会遇到很多挑战，如信号干扰、频谱管理问题、网络安全和隐私问题等。

1、软件无线电的核心思想：可重配置性。

采用开放的、标准化的通用平台构造无线电系统，使宽带ADC/DAC尽可能的靠近天线，用软件实现尽可能多的无线电功能，并通过软件实现功能的设定和升级，使通信系统具有多频带、多模式的通信能力。

2、软件无线电的定义：（1）、软件无线电是多频带无线电，它具有宽带的天线、射频转换、模/数和数/模转换，能够支持多个空中接口和协议，在理想状态下，所有方面（包括物理空中接口）都可以通过软件定义。

（2）软件无线电是一种新型的无线体系结构，它通过硬件与软件的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，可以通过软件的升级实现功能提高。

软件无线电可以使整个系统（包括用户终端和网络）采用动态的软件编程对设备特性进行重配置。

3、软件无线电的特点：（1）、可多频带/多模式/多功能工作。

（2）、具有可重配置、可重编程能力。

4、硬件体系结构的分类：1按照物理介质划分：第一种是以通用处理器GPP为基础的结构。

第二种是以DSP为基础进行数字信号处理的体系结构。

第三种是以FPGA为基础进行数字信号处理的体系结构。

2按照系统中各功能模块的连接方式划分的硬件体系结构：1流水式结构2总线式结构3交换式结构4基于计算机和网络式结构5、比较DSP和FPGA的性能：1硬件结构，DSP采用哈佛结构 FPGA器件由大量的逻辑宏单元组成 2 灵活性 DSP处理器软件更易改变，而硬件个管脚是固定的.FPGA则需通过改变FPGA中构成DSO系统的硬件结构来改变硬件功能。

3 适用场合 DSP适用于状态复杂的操作 FPGA适用于简单重复的操作和需要并行处理的操作。

4处理能力 DSP处理速度慢 FPGA 处理速度快 5开发流程 DSP的仿真必须有合适的硬件平台 FPGA有多个层次的仿真测试和硬件调试环节 6开发技术标准化不同的DSP处理器结构有较大区别，需选择不同的汇编语言机仿真开发工具和编码软件 FPGA则采用开发技术的标准化和规范化。

软件无线电的采样结构基本上可以分为三种：射频全宽带低通采样结构：这种结构的软件无线电，结构简洁，把模拟电路的数量减少到最低程度。

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。

射频直接带通采样结构：射频带通采样结构的软件无线电可以较好地解决上述射频低通采样软件无线电结构对A/D 转换器、高速DSP 等要求过高，以致无法实现的问题。

优点：与射频全宽带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。

宽带中频带通采样结构：的软件无线电结构与目前的中频数字化接收机的结构是类似的，都采用了多次混频体制或叫超外差体制。

这种宽带中频带通采样软件无线电结构的主要特点是中频带宽更宽（比如20MHz ），所有调制解调等功能全部由软件加以实现。

中频带宽更宽是这种软件无线电与普通超外差中频数字化接收机的本质区别。

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。

数控振荡器(NCO )相乘实现数字混频，NCO 的频率为所需通道的中心频率，使信号的中心频率移至零频，信号由中频变换到基带，并作低通滤波和抽取，从而实现对实值带通信号的复包络正交采样。

软件无线电实验报告软件无线电实验报告引言：软件无线电（Software Defined Radio，简称SDR）是一种新兴的无线通信技术，它通过软件来实现无线电信号的处理和调制解调。

相比传统的硬件无线电，SDR具有更高的灵活性和可配置性。

本实验旨在通过搭建一个简单的SDR系统，探索其原理和应用。

一、实验目的本实验的目的是搭建一个基于SDR的无线通信系统，并通过实际操作来了解SDR的工作原理和应用场景。

具体实验目标如下：1. 理解SDR的基本原理；2. 学习使用SDR平台进行信号处理和调制解调；3. 实现简单的无线通信功能。

二、实验环境和工具1. 硬件设备：电脑、SDR硬件平台（如RTL-SDR等）；2. 软件工具：SDR软件平台（如GNU Radio等）。

三、实验步骤1. 搭建SDR硬件平台：将SDR硬件连接至电脑，确保硬件设备正常工作；2. 安装SDR软件平台：根据硬件平台的要求，下载并安装相应的SDR软件平台；3. 配置SDR软件平台：根据实验需求，设置SDR软件平台的参数，如采样率、中心频率等；4. 实现信号接收：使用SDR软件平台接收无线电信号，并通过可视化界面展示信号的频谱特征；5. 实现信号处理：使用SDR软件平台对接收到的信号进行处理，如滤波、解调等；6. 实现信号发送：使用SDR软件平台将处理后的信号发送出去，构建一个简单的无线通信链路；7. 进一步实验：根据实际需求，深入研究SDR的其他应用领域，如无线电频谱监测、无线电定位等。

四、实验结果与分析通过搭建SDR系统并进行实验操作，我们成功实现了无线信号的接收、处理和发送。

在信号接收方面，我们能够准确地捕获无线电信号，并通过频谱分析工具展示信号的频谱特征。

在信号处理方面，我们可以使用SDR软件平台提供的各种信号处理模块对接收到的信号进行滤波、解调等操作。

在信号发送方面，我们可以将处理后的信号通过SDR软件平台发送出去，实现简单的无线通信功能。

软件无线电大作业1 数字下变频及抽取技术研究软件无线电是将无线电发信机的数字化点(A/D，D/A)尽可能靠近天线，理想情况是在天线的后端进行射频采样，数字化后，所有的处理都可用具有软件定义的无线通信功能模块来完成。

由于受ADC器件的限制，无法直接对射频信号进行采样。

因此，目前的方案是在中频进行数字化，即把射频信号经过一次或者多次混频后，将信号搬移到几十MHz的中频段，再进行ADC的带通采样。

但是，带通采样后的数据量仍然极大，这对数据进行后处理的DSP器件或FPGA器件不堪重负。

软件无线电接收机在中频接收的是系统的整个频段，但对单个用户来说却只占用其中一个很窄的信道，因此数字下变频部分要完成的任务：(1)将包含所有信道的宽带信号进行信道分离，分别提取需要的窄带信道；(2)对于分离后的窄带信号，降低对其的采样频率，从而降低此信道的数据量，以减轻基带处理部分对DsP或FPGA的计算要求的压力。

当抽取率尺较大时，若要一次完成抽取，则要求抗混叠滤波器的通带带宽非常窄，过渡带非常陡，则滤波器的阶数必然要求达到几百甚至几千阶，如此大的运算量是DSP 或FPGA器件无法实时处理完成的。

因此，当抽取率很高时，通常采用多级抽取技术，这样做比单级抽取所需的计算量小得多。

多级抽取实现的途径一般采用以抽取率为2的抽取器为基本单元，若抽取率R=R1×2k，则在第一级采用运算简单的级联积分梳状抽取(Cascaded Integrator-Comb，CIC)滤波器，其抽取率为RI；其后，为K个半带滤波器和2倍抽取器。

2 级联积分梳状滤波器原理级联积分梳状抽取滤波器的基本结构的主要组成部分为抽取器(抽取因子为R)。

在抽取器左边是由N个采样频率为fs的级联积分器组成。

每一级积分器都是单极点，反馈系数为1的滤波器，它的传输函数为HI (z)=1/(1一z-1)；而在右边是由N个采样频率为fs/R的级联微分器组成。

每一级微分器可以延时从此延时参数M滤波器的设计参数，可用来控制滤波器的频率响应，在CIG滤波器设计中，它的值严格限制为1或2。

软件无线电技术实验报告_实验五电子科技大学实验报告学生姓名：李志学号：2011019070023 指导教师：沈莹邮箱：634897551@/doc/f81328647.html,一、实验室名称：通信信号处理及传输实验室二、实验项目名称：基带载波解调技术实验三、实验原理：1、基带线性载波解调技术原理数字信号载波调制有三种基本的调制方式：幅度键控（ASK ），频移键控（FSK ）和相移键控（PSK ）。

它们分别是用数字基带信号控制高频载波的参数如振幅、频率和相位，得到数字带通信号。

在接收端运用相干或非相干解调方式，进行解调，还原出原数字基带信号。

解调的最终目的是消除频差项，判决出正确的码元数据。

如果能跟踪相位的变化，并且得出正确的相位估计值0φ为：0002?φπφ+≈n f （5.1）那么消除由于0f 的存在而引入的调相可以通过坐标旋转而获得，即：()()()φφ?sin ?cos n Q n I n I -='（5.2）()()()φφ?sin ?cos n I n Q n Q +=' （5.3）其中，()n I '、()n Q '是()n I 和()n Q 经过旋转φ角而得到的数据输出。

解调器的工作原理就是用估计出的相位φ?对接收数据进行坐标旋转变换，消除()002cos φπ+n f 和()002sin φπ+n f 两个因子，提取出传输的数据，从而完成解调过程。

旋转变化运算中，相位估计φ与解调器性能有很大关系，它的跟踪性能直接关系到解调器性能的优劣。

通常设解调器都采用锁相环，以实现性能较好的相干解调。

（1）二进制相移键控（BPSK ）对于BPSK 调制方式，如果没有信道引入的多径损耗，接收的BPSK 信号可表示为：()()()ch c bb BPSK t f T E t m t S ??π++=02cos 2 ()()?π+=t f T E t mc b b 2cos 2（5.4）其中ch ?对应于信道中时间延迟造成的相移。