软件无线电技术ppt

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软件无线电技术概述PPT课件

软件无线电技术
整理人：吴玉成
主要内容
一、软件无线电技术概述二、软件无线电的关键和难点三、软件无线电研究四、软件无线电的应用五、第三代移动通信中的软件无线电技术
一、软件无线电技术概述
改变未来世界之技术软件无线电的由来、发展及研究机构
软件无线电的基本概念
软件无线电主要特点软件无线电优势
改变未来世界之技术
无线漫游的革命
• 无线通信领域是一个标准混乱的世界。手机通信、无线局域网、军用无线通信、以及公共安全无线网络各自在特定的频段工作，这一工作频率是相关硬件在工厂生产时就已经设定的。所以美国的CDMA手机在欧洲不能用，而欧洲的许多GSM手机在日本也没法用。
• 用软件替代相关硬件，从而能够与不同标准、不同工作频段的无线通信网络兼容。这种技术称为软件无线电 (softwareradio)。
• 军事应用中，软件无线电技术将使海陆空各级指挥官和士兵能够在激烈战斗的时候保持无线通信。
• 软件无线电技术进入消费市场还要再过一段时间。不过几年之内，你就可以买一个能够在各种不同标准无线通信网络工作的手机，从此无线漫游再无障碍。
• 软件无线电技术的崛起走的是从军用到民用的老路。无线通信中CDMA(码分多址)本来是军用卫星通信技术，后来用到民用移动通信，并因此出现了高通这样的企业。所以就是在今天，军用领域的需求仍然是推动技术发展的动力。
软件无线电的由来
软件无线电最初是在军事通信中提出的，软件无线电作为军用技术已有30年以上的历史，但是由于不同部队用于不同目的的无线电台在工作频段、调制方式上存在差异而无法互通。如果需要互通，就需要作进一步的改进，如美国推出的JTRS(战术合作无线系统)的意向合同，其目的就是能实现基于软件无线电技术的可以互操作、互工作的系统。

《软件无线电技术》PPT课件

3.2 软件无线电结构数学分析化
•数学分析的必要性
1. 要掌握一个软件模块的数据吞吐量、响应时间及其他参数，对存储器、缓存空间和可处理资源进行量化，要求数学分析。 2. 当重用自己软件库（或第三方）的软件时，会引起系统性能下降，甚至崩溃，要用数学模型来刻画快速涌现的技术。 3. 用拓扑结构特性研究SDR结构，可提高即插即用结构的应用和资源的有效重用。
•美国
•SPEAKeasy：研制多频段、多模式电台(MBMMR)，已完成两个阶段(Ⅰ、Ⅱ) •MMITS论坛(后更名为SDRF论坛) •PMCS(Programmable Modular Communication System)
研究基于SDR技术的3G系统的多频段多模式手机与基站。
•中国
提出了3G标准TD-SCDMA，SDR技术是其关键技术之一。
1.6主要研究机构及其应用进展
1.1 软件无线电的基本思想
•由来
•基本思想:在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换，并且尽可能多地用软件来定义无线功能 •软件无线电台=高速计算机+天线 •无线电通信的一次革命 •模拟无线电（1G）
•数字无线电（2G） •软件无线电（3G）
所有的无线通信系统均可基于一种通用可编程硬件平台，工作频段、编解码方式、调制解调方式、加密解密算法、多址方式等均可编程，通过注入不同的软件，形成不同标准的软件无线电终端或基站。这样的无线电台既可以与现有的其他无线电台进行通信，还能在不同的无线电系统之间起到“无线电网关”的作用，保证各种无线通信业务的无缝集成。
• FIRST(Flexible Integrated Radio Systems Technology) 计划用SDR技术设计多频/多模可编程手机

软件无线电与认知无线电概述.精选PPT

• 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/模变换，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。
• 3. 软件无线电的特点与核心
• 软件无线电论坛的定义，比较全面的描述了软件无线电的特点：
• （1）三多：多频段/多模式/多功能（Multiband/Multimode/Multirole：M3）；
3. 移动通信的困惑
在民用通信领域，无线移动通信是发展最为迅速的通信技术。在短短的数十年中，通信技术经历了两次变革：
（1）从固定通信到移动通信；（2）从模拟通信到数字通信。并将迎来第三次变革：
（3）从“硬件无线电”到“软件无线电”。近20年来，移动通信发生了飞速变化，如
图1-3所示。
4. 软件无线电的引出
软件无线电与认知无线电概述
（优选）软件无线电与认知无线电概述
第1章软件无线电与认知无线电概述
1.1 软件无线电与认知无线电的研究背景 1.2 软件无线电与认知无线电的定义 1.3 软件无线电与认知无线电的发展 1.4 软件无线电与认知无线电所需技术 1.5 软件无线电与认知无线电的研究与进展 1.6 软件无线电与认知无线电的应用
佳方法。
• 1. 软件无线电的含义
• 面对越来越多的各种通信设备，我们需要一种软件无线电技术。有了这种软件无线电技术，只需要配置一个无线电硬件设备，就可以实现任何通信应用。
• 2. 软件无线电的定义
• 1992年， MITRE公司的Joseph Mitola III首次明确提出了“软件无线电”的概念。他给出的软件无线电的定义为：
这就是传统的“硬件无线电”。
2. 解决的方法

软件无线电技术.正式版PPT文档

构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成，并使A/D和D/A转换器尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。
❖ 目前，采用开放式系统体系结构（OSA），一种非专利、层次化的体系结构，每个层次公开且有明确定义的接口和标准
（6）开放性
3、已开发和正在开发的软件无线电系统
（1）SPEAKeasy
（2）JTRS（联合战术无线电系统）目标：支持的工作频率范围最初为：2MHz-2GHz；可以通过波形软件进行重构；支持话音、视频和数据的应用；在软件和硬件方面都可扩展；利用商业现货组件；能够与不同的波形、传统的装备以及为不同环境而设计的无线电系统进行互操作。应用环境：机载、固定/舰载、车载、背负、手持
软件无线电技术
§7.1 软件无线电概述
1、软件无线电的由来
无线通信被广泛应用于商业、气象、军事、民用等领域。军方：大量不兼容的协议降低了联合作战的能力。（固定、机载、车载、背负。。。不同公司的产品）
❖ “沙漠风暴”行动和格林纳冲突，美军各种通信设备的不兼容性暴露无疑，不得不借助许多额外的无线电台，才能保障高效的通信联络。
（6）CHARIOT(适于互操作通信的可变高级无线电系统)
弗吉尼亚工学院开发，国防高级研究计划局的全球移动信息系统计划的一部分，集中发展3个前沿技术：自适应天线阵、多用户基站和自适应移动接收机。通过创建形式化的结构，在运行环境中使用可重构的硬件实现软件无线电系统，采用3种先进思想：自定义计算是一个无线电系统系列，共享通用的SCA（软件通信体系结构），SCA强调开放式系统体系结构和广泛使用的面向对象的方法。

软件无线电技术要点PPT94页

1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
56、书不仅是生活，而且是现在、过去和未来文化生活的源泉。 ——库法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一次也不善于度过。— —吕凯特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处，只不过是愈来愈发觉自己的无知。 ——笛卡儿
软件无线电技术要点
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新来燕，双双入我庐，先巢故尚在，相将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，于Biblioteka 我若浮烟
。
9、陶渊明（约 365年 —427年），字元亮，（又一说名潜，字渊明）号五柳先生，私谥“靖节”，东晋末期南朝宋初期诗人、文学家、辞赋家、散
文家。汉族，东晋浔阳柴桑人（今江西九江）。曾做过几年小官，后辞官回家，从此隐居，田园生活是陶渊明诗的主要题材，相关作品有《饮酒》、《归园田居》、《桃花源记》、《五柳先生传》、《归去来兮辞》等。
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地走到底，决不回头。 ——左

《软件无线电技术》课件

通过云计算技术，软件无线电可以获得更高效和灵活的计算资源，实现更复杂的信号处理和分析。
边缘计算技术可以将计算和数据处理能力从中心服务器转移至设备边缘，降低延迟和提高响应速度。
物联网的广泛应用
随着物联网的广泛应用，软件无线电将在智能家居、智能交通、智能工业等领域发挥重要作用。
软件无线电可以通过物联网技术实现各种设备的互联互通，提高设备的智能化程度和用户体验。
软件无线电还可以通过物联网技术实现设备的远程监控和维护，提高设备的可靠性和安全性。
谢谢聆听
信号处理复杂性
总结词
信号处理复杂性是软件无线电技术的另一个挑战。
详细描述
软件无线电需要处理各种不同的信号，包括模拟信号和数字信号，而且需要能够快速、准确地转换和处理这些信号。这需要高效的算法和强大的计算能力，增加了软件无线电的复杂性。
安全与隐私保护
总结词
安全与隐私保护是软件无线电技术必须考虑的重要问题。
详细描述
在无线通信中，安全和隐私保护至关重要。软件无线电需要采取有效的措施来保护用户的隐私和通信安全，防止数据被窃取或篡改。这需要在设计和实现软件无线电时充分考虑安全和隐私保护的需求。
标准化与互操作性
总结词
标准化与互操作性是软件无线电技术的另一个挑战。
详细描述
为了实现不同厂商和不同系统之间的互操作性，软件无线电需要遵循统一的标准化协议和规范。这需要软件无线电技术和相关标准不断发展和完善，以确保不同系统之间的兼容性和互操作性。同时，标准化也有助于推动软件无线电技术的普及和应用。
的信号接收和发送，支持多种移动通信标准。
02பைடு நூலகம்
软件无线电技术可以提高移动通信系统的灵活性和可

软件无线电软件无线电体系结构PPT课件

6.1.4 三种软件无线电结构的等效数
字谱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
f
0
m
由
下式定：
f0m
m 2
1
fS
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
XD( f )
B0
X
D
X
D
fSm / 4
X A ( f ) 跟踪滤波器
• 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。
11
第11页/共74页
6.1.4 三种软件无线电结构的等效数字谱
sin(0n) HLP (e j )
I (m) D
Q (m) D
第22页/共74页
22
在上图中，低通滤波器和后续的抽取器一起构成了一个标准的抽取系统，该抽取系统可以通过多相滤波结构来实现，以降
低对滤波器吞吐率的要求。如果抽取因子D 很大，需要用多级抽
取来实现，如下图：
X (n)
cos(0n)
H1(e j )
• 低通采样的软件无线电结构的数字谱：
XD( f )
B f
fmin
fmax
fs / 2
图中的频率全部用模拟频率来表示的，且仅画了正半频率。
第12页/共74页
12
6.1.4 三种软件无线电结构的等效数字谱

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技术文挡及使用说明书编写
2014.01— 论文定稿，准备答辩
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
LOGO

开发过程中可能会遇到的问题
设计GMSK载误波码的频率率升、相高位提取模块，通位过和粗频调率算，法然无粗后略通法的过跟细解踪调调原算发法射，载尽波量的精相确
的修正本地产生的载波相位，尽量降低本地载波与原发射载波的相位与频率误差
研究进度计划
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
2013.01—2013.01
应用-电子战-电子干扰

目前的电子干扰系统往往都是在已知或者在事先假设的几种信号样式下进行工作的，一旦目标信号特征或通信方式发生变化，该系统就无能为力
跟踪跳频信号
软件化干扰发射机在一个通用扩展的硬件平台上，采用软件实现各种干扰样式的形成以及干扰信号的整个产生过程。开发式的硬件平台只涉及发射信号的载频(外部)特征，发射信号的内部特征完全由不同的软件来定义。载频特征一般来讲是相对固定的，而由软件定义的内部特征(干扰样式)可以升级换代，以适应目标信号特征的千变万化。
▪ 工作的频段不同
▪ 调制方式不同
▪ 通信协议不同
▪ 数字信息的编码方式
▪ 加密方式不同等
SpeakEasy

应用-军事通信

❖ 联合战术无线电系统(JTRS)—波音、雷神MSRC
(1) 从波形有限的终端到多频段多模式多信道、可网络互联的电台 (2)工作频谱为2~2000MHz可传输话音、数据和图象 (3)协同工作，并可与现有电台互连互通 (4)具有开放的体系结构 (5)硬件/软件模块化，便于
灵活性：通过增加软件模块，实现新的功能，更新成本低
开放性：通过软件升级，既可以与新体制电台通信，还可与旧体制电台兼容，生命周期长。
Company name
主要内容
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
1.基本概念 2.发展现状 3.关键技术 4.应用
发展现状
1991年，美国军方制定的 “Speakeasy(易通话)计划” 该计划首次对软件无线电技术进行了较系统全面的研究，为软件无线电技术的发展打下了基础。
星座图中最外面位置矢量的大小
接收到的I\Q数据点与参考信号I\Q数据点的误差
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
拟采取的研究方案
Rho的计算步骤
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
❖ 在Rho计算模块中，首先分别计算每个采样点I/Q数据与参考数据的
误差矢量的平方：
；然后根据所测数据与参考数据的I/Q
❖ 电子战的主要特点：
频段宽(几乎覆盖整个无线频段)
待处理的信号的种类多
应用-电子战

❖ 软件无线电的概念虽然最早是从通信领域产生并迅速发展起来的，而且目前的研究热点也在通信领域，但是软件无线电这种新概念、新思想及其逐步形成的新理论、新技术在电子战中也有广阔的应用前景。
❖ 中国TD-SCDMA制式：
▪ 智能天线、成形滤波、信道功率检测、扩频调制与解调、编译码。。。
Company name
主要内容
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
1.基本概念 2.发展现状 3.关键技术 4.应用
关键技术

❖ 宽带/多频段天线技术
升级及新技术的引入 (6)波形、功能可编程 (7)可扩展至多种应用领域
(如移动\固定台站\机载\车载）
应用-电子战

❖ 软件无线电的概念虽然最早是从通信领域产生并迅速发展起来的，而且目前的研究热点也在通信领域，但是软件无线电这种新概念、新思想及其逐步形成的新理论、新技术在电子战中也有广阔的应用前景。
❖ 电子战的主要特点：
频段宽(几乎覆盖整个无线频段)
待处理的信号的种类多
应用-电子战-电子侦察

目前的电子侦察系统往往都是在已知或者在事先假设的几种信号样式下进行信号接收的，一旦目标信号特征或通信方式发生变化，该系统就无能为力
解决途径研究开发一种工作频段宽，波形适应能力强，可扩展性好，既能适应通信信号，也能适应雷达信号，还能适应导航和敌我识别信号的综合电子战系统是现代信息战争的必然要求，软件无线电是解决这一问题的最佳技术途径
解决美军不同兵种、不同类型电台之间相互联通、相互通信的问题，即开发一种能实现联合作战的、三军统一的多波段多模式电台
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
发展现状
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
当前软件无线电实现的体系结构可分为三种:
❖ 射频低通采样数字化结构： ▪ 结构简洁，把模拟电路的数量减少到最低程度
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
俄军装备新型电子战系统可压制预警机无人机
主要研究内容
SDR中 GMSK的调制技术
SDR架构与系统组成
GMSK 信号的 Rho测量
GMSK 信号的 EVM测量
SDR中 GMSK的解调技术
拟解决的关键问题
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
EVM的计算步骤
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
❖ 在EVM计算模块中，分别计算误差矢量E(t)=Z(t)-R(t)与R(t)的均方根值，然后计算实际GMSK发射设备的EVM值。
GMSK信号判定
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
GMSK相干解调
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
拟采取的研究方案
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
❖
因为当每个符号变化时EVM也在不断地变化，所以EVM的实际
计算方法为：一定时间内误差矢量信号平均功率的均方根值与理想信
号平均功率的均方根值之比，并以百分比的形式表示。
EVM值越大，说明信号受干扰越大;反之则干扰小，信号误差小。
拟采取的研究方案
软件无线电
LOGO

主要内容
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
1.基本概念 2.发展现状 3.关键技术 4.应用
基本概念

❖ 软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能
❖ 减少模拟环节，把数字化处理（A/D和D/A变换）尽量靠近天线。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件更新改变硬件配置结构，实现新的功能。
拟采取的研究方案
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
EVM的定义及计算步骤
误差向量幅度EVM：是Error Vector Magnitude的缩写，表征的是在一个给定的时刻，理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差。
EVM反映了发射机发射信号的调制质量，是衡量发射机性能的一项重要指标。
▪ 天线要能覆盖2MHz～2000MHz频率范围。能用序控制的方法对功能及参数进行设置。
❖宽频A/D D/A转换
▪ 把A/D D/A尽可能地向天线端推移，由于频率变化范围较大，对采样频率、位数及动态范围也提出了较高的要求
❖ 信号处理部分
▪ 主要由DSP、FPGA、存储器、I/O接口组成。 DSP是软件无线电的核心部件，但单个DSP的处理速度也是现阶段一个主要的瓶颈。
❖ 射频带通采样数字化结构 ▪ A/D前采用了带宽相对较窄的电调滤波器，然后根据所需的处理带宽进行带通采样。
❖ 宽带中频带通采样数字化结构 ▪ 混频
发展现状

❖法国SERCEL 428XL产品:
▪ 标准设备<->数据中继
❖欧盟ACTS FIRST项目：
▪ 自动检测接收信号，接入不同的网络；任意改变信道接入方式或调制方式，利用不同软件即可适应不同标准，构成多模手机和多功能基站
主要内容
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
1.基本概念 2.发展现状 3.关键技术 4.应用
应用-军事通信

❖ 由于无线通信具有设备简单、便于携带、易于操作、架设方便等特点，在军事通信领域是不可缺的重要通信手段。然而，军用电台是根据某种特定的用途而设计的，功能单一，有些电台的基本结构相似，而信号特征差异很大。
GMSK延时解调
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
GMSK调制
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
拟采取的研究方案
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检一个描述波形质量的度量参数，它是待测信号与参考信号的相关功率对总功率的比值。实际应用中，波形质量因数Rho表征的是统计平均值，其计算公式如下：
EVM测量与计算
GMSK 调制解调
重点待解决问题
Rho测量与计算
拟采取的研究方案
系统硬件平台
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
DSP的主要工作
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
❖ 下采样 ❖ GMSK解调 ❖ 数字滤波 ❖ GMSK调制（信号重构） ❖ 各种检测算法
查找相关资料，深刻理解SDR理论基础和软件无线电的系统结构
2013.02—2013.03
深刻理解GMSK的调制解调技术，并对其中一部分进行MATLAB仿真
2013.04—2013.08
各功能单元算法研究与软件编写
2013.09—2013.11
系统测试与代码修正、优化
2013.11—2013.12
基本概念

❖ 可编程接收器主要完成变频、滤波、放大等任务
❖ DSP主要完成信号的调制解调，编码解码等任务
❖ 为了减轻DSP的处理压力，通常对A/D转换器传来的数字信号进行数字下变频器(DDC)处理来降低数据流速率