《《软件无线电原理与应用》》作业(2014622前交)

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。

软件无线电技术在通信领域的应用探讨1. 引言1.1 软件无线电技术概述软件无线电技术是一种利用软件定义的方式来实现无线电信号处理的技术。

相比传统的硬件无线电技术，软件无线电技术具有灵活性高、成本低、功耗低、易于升级和维护等优势。

通过软件定义无线电，可以实现信号处理和通信协议的灵活配置和改变，从而适应不同的通信需求和环境。

软件无线电技术的发展使得通信设备可以更加智能和多功能化，为通信系统的设计和实现提供了更多可能性。

软件无线电技术的核心是使用软件代替传统的硬件电路来实现无线电功能。

通过数字信号处理器（DSP）、通用处理器（CPU）和可编程逻辑器件（FPGA）等技术实现信号的调制解调、滤波、编解码等功能。

软件无线电技术使得通信系统可以更加灵活地适应不同的频段、带宽、调制方式和多址接入技术，从而提高通信系统的性能和效率。

软件无线电技术是一种创新的无线通信技术，具有重要的应用前景和发展潜力。

随着移动通信、物联网、卫星通信等领域的不断发展，软件无线电技术将在未来发挥越来越重要的作用，推动通信领域的进步和发展。

1.2 软件无线电技术在通信领域的重要性软件无线电技术在通信领域扮演着至关重要的角色。

随着科技的不断进步，传统的硬件无线电技术已经不能满足日益增长的通信需求，而软件无线电技术的出现填补了这一空白。

软件无线电技术具有灵活性高、可重构性强、易升级等优点，能够适应不同频谱、不同通信标准和不同通信环境的需求，为通信领域带来了巨大的便利。

在当今数字化、信息化的社会中，通信已经成为人们生活中不可或缺的一部分。

软件无线电技术的应用不仅可以提高通信的效率和质量，还可以拓展通信的范围和应用领域。

从智能手机到物联网设备，从卫星通信到移动通信，软件无线电技术都在不同的领域展现出其重要性和价值。

通过软件无线电技术，我们可以更加方便快捷地进行通信，实现数字化、智能化的生活方式。

软件无线电技术在通信领域的重要性不可低估。

它的应用为通信领域带来了新的发展机遇，为人们的生活带来了更多便利和可能性。

软件无线电的主要原理及技术嘉兆科技本文主要介绍了软件无线电的概念、主要原理、关键技术及在生活中的广泛应用。

它是以开放性、标准化、模块化、通用性、可扩展的硬件为平台，通过加载各种应用软件来实现不同用户，不同应用环境的不同需求，是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线电通信体系结构，是数字无线电的高级形式。

首先介绍了软件无线电的理论基础，即带通采样理论，多速率处理信号技术，高效信号滤波，数字正交变换理论，这些都是软件无线电实现的理论基础，然后是其关键技术，宽带智能天线技术，A/D转换技术，数字上/下变频技术，数字信号处理部分，这些技术是实现软件无线电的关键和核心所在。

最后，对其应用领域也进行了描述，指出其在个人移动通信，军事通信，电子站，雷达和信息加电中的巨大潜力。

软件无线电这个术语最早是美军为了解决海湾战争中多国部队各军种进行联合作战时遇到的互通互操作问题而提出的新概念。

陆，海，空三军简单就工作频段来分，解决了互不干扰问题，但三军联合作战时互通，互联，互操作问题难以解决，于是1992年提出了软件无线电的最初设想，并于1995年美国国防高级研究计划局提出了SPEAKEASY计划，称之为易通话计划，其最终目的是开发一种能适应联合作战要求的三军统一的多频段，多模式电台，即MBMMR电台。

进而实现联合战术无线电系统（简称JTRS），它是在MBMMR的基础上提出的一种战术通信系统。

软件无线电以开放性，标准化，模块化，通用性，可扩展的硬件为平台，通过加载各种应用软件来实现不同用户，不同应用环境的不同需求，实现各种无线电功能，选用不同软件可实现不同功能，软件可以升级更新，硬件也可像计算机升级换代，可称为超级计算机。

它是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线电通信体系结构，是数字无线电的高级形式。

理想软件无线电的结构框图：一、软件无线电的理论基础•采样理论：由于软件无线电所覆盖的频率范围一般都要求比较宽，例如从0.1MHZ到2.2GHZ，只有具有这么宽的频段才能具有广泛的适应性。

《无线通信原理及应用》课后习题《无线通信原理及应用》无线通信原理及应用》课后习题课后习题第 1 章无线传感器网络概述1、无线传感器网络的定义？2、传感器节点结构及其各部分功能？3、无线自主网的定义？4、传感网与无线自主网的主要区别？5、传感器网络的特点？6、传感器网络的应用主要包括那些方面？7、传感器网络的关键技术包括那些？11、传统路由协议主要功能？2、无线传感器网络路由协议与传统路由协议有什么不同点？3、无线传感器网络的路由协议的特点？4、传感器网络路由机制的要求有哪些？5、根据传感器网络的不同应用敏感度不同，可将传感器网络的路由协议分为：6、能量路由策略主要有哪几种？7、能量多路径路由的基本思想？8、能量多路径路由的基本过程？9、定向扩散路由的基本思想？10、定向扩散路由机制的基本过程？11、谣传路由的基本思想？12、GEAR 路由的基本过程？13、传感器网络有三种存储监测数据的主要方式？14、GEM 路由的基本思想？15、虚拟极坐标建立过程的步骤？16、边界定位的地理路由的基本思想？17、一个信标节点确定边界节点的过程？18、目前，研究人员提出的可靠路由协议主要从两个方面考虑？19、基于不想交路径的多路径路由机制的基本思想？20、ReInForM 路由的基本过程？21、SPEED 协议的基本过程？22、SPEED 协议主要由几部分组成？21、在设计无线传感器网络的MAC 协议时，需要着重考虑哪几个方面？2、在无线传感器网络中，人们经过大量实验和理论分析，总结出可能造成网络能量浪费的主要原因包括哪几方面？3、传感器网络的MAC 协议分哪三类？4、基于竞争的MAC 协议的基本思想？5、IEEE 802.11MAC 协议有哪两种访问控制方式？6、S-MAC 协议工作机制？7、流量自适应侦听机制的基本思想？8、Sift 协议的设计目的？9、Sift 协议的核心思想？10、Sift 协议的工作原理？3第 4 章拓扑控制1、网络的拓扑结构控制与优化有着十分重要的意义，主要表现在以下几个方面？2、传感器网络中的拓扑控制按照研究方向可以分为哪两类？3、拓扑结构的常见算法有哪些？4、基于节点度算法的核心思想？5、基于邻近图的算法的作用？6、什么是LEACH 算法？7、LEACH 算法的实现过程？8、GAF 算法的基本思想是什么？9、GAF 算法的执行过程10、TopDisc 算法的基本思想是什么？11、STEM-B (STEM-BEACON)算法的基本思想是什么？12、ASCENT 算法执行分哪几个阶段？4第 5 章IEEE 802.15.4 标准1、IEEE 802. 15. 4 标准的实现目标？2、IEEE 802. 15. 4 标准定义的LR-WPAN 网络具有哪些特点？3、IEEE 802. 15. 4 网络根据应用的需要可以哪些网络结构。

<<软件无线电原理与应用>> 作业一、 调频（FM ）信号的解调流程如图1，信号带宽20KHz ，输入时钟40MHz ，CNCO 设置f 0 =10.7MHz ，载波相位偏移为0；其中：CICF ：2级级联，抽取因子D 1=5，增益补偿值为4； HBF ：11阶、4级级联，抽取因子D 2=16；FIRF ：采样频率500 KHz ，通带30 KHz ，过渡带20 KHz ，128阶，抽取因子D 3＝5； 鉴频FIR ：采样频率100 KHz ，通带20 KHz ，过渡带10 KHz ，64阶。

1． 给出CICF 、HBF 的传递函数H(z)的结构，频率响应曲线, 并分析其性能。

2． 设计FIRF 、鉴频FIR 滤波器，给出其频率响应曲线, 并分析其性能。

3． 如果仿真信号为())()(2cos )(0n N n n f A n S FM ++=φπ，其中N (n )为高斯白噪声, 瞬时相位为:()()12()0.7sin 20.5sin 2s s n f nT f nT ϕππππππ=+++，f 1 =1000Hz, f 2 =2500Hz, SNR =20dB 。

推导图中每级处理后输出信号的表达式（不考虑噪声），并画出每级处理后输出信号的时域波形（AGC=2）。

二、现有一雷达系统，工作频率范围为220～305MHz ，现需对整个工作带宽内的回波进行信道化处理以检测有无目标。

1． 假定信号的中心频率f 0=262.5MHz ，在欠采样下，A/D 的采样频率f s 应选多大才能满足中频数字正交化处理的要求；2． 假定回波中包含两个LFM 信号（2102()cos(2)s t f t t ππμ=+），其参数如下表1所示，信噪比SNR=10dB ，产生回波信号，并利用信道化处理方法对LFM 信号进行检测（每个信道的带宽Bs=3MHz ）。

要求：（1）给出信道划分示意图，并计算LFM 信号所处的信道位置； （2）画出有回波的信道信号及其频谱；（3）对分离后的回波信号进行脉压，画出脉压结果进行分析。

软件无线电期末大作业一种利用非对称SIRs可应用于GSM, WiMAX, AND WLAN的三通带带通滤波器的简易设计方法摘要：本文提出了一种利用不连续的非对称的阶梯阻抗谐振器（SIRs）来设计三波段带通通带滤波器的简单方法。

设计整个滤波器只需用到两个阶梯阻抗谐振器。

可以通过选择正确的长度比值（U）和不对称的阻抗比（R）来得到三得到三频段得带通响应。

增强耦合结构和不对称SIRs的距离可以进一步调整效果。

这种滤波器可用在1.8GHz的GSM、3.5GHz的WIMAX及5.2GHz的WLAN的等。

测量结构与全波模拟结果吻合良好。

关键词：三波段带通带通滤波器，阶段阻抗谐振器1、引言现在，多业务无线系统和移动通信系统的发展在学术界和商业电子都得到了广泛关注。

特别是移动电子产品与全球通信相结合的全球移动通信系统(GSM),全球互通微波存取（WIMAX）,无线局域网等都是时下流行常见的。

在这样多波段的通讯系统，带通滤波器（BPF）的使用在通信系统的射频前段部分扮演了重要的作用。

为了满足多频段通信的要求，提出了多频带滤波器并对其结构进行开放式深入研究，例如：阶梯阻抗阻抗谐振器（SIR）和存根加载谐振器（如1~5图所示）。

在以往的研究【6】，其中一位作者采取了多个谐振器和多曾技术，以实现三通带带通滤波反应。

然而，由于电路的复杂性在设计的过程遇上了很多问题。

图（1）建议三波段带通滤波器的电路布局在这篇文章中，我们将提出一个全新的简单的设计方法，通过使用两个不对称的阶段阻抗谐振器在结构上的不连续性设计出的三波段带通滤波器不同传统的阶段阻抗谐振器。

通过适当选择长度比（u）及阻抗比（R）的不对称阶段阻抗谐振器来实现三频通带响应。

这次设计的三频带滤波器可用于GSM，WIMAX，WLAN的制作和测量。

设计出滤波器的测试结果与全波仿真的结果很一致。

2、三频带滤波器的设计第一步，主要讨论的是滤波器的不对称阶段阻抗谐振模式，图1显示了利用两个不对称阶段阻抗谐振器和两个增强耦合输入/输出端口相结合形成的三波段带通滤波器的结构布局。

<<软件无线电原理与应用>> 作业一、 调频（FM ）信号的解调流程如图1，信号带宽20KHz ，输入时钟40MHz ，CNCO 设置f 0 =10.7MHz ，载波相位偏移为0；其中：CICF ：2级级联，抽取因子D 1=5，增益补偿值为4； HBF ：11阶、4级级联，抽取因子D 2=16；FIRF ：采样频率500 KHz ，通带30 KHz ，过渡带20 KHz ，128阶，抽取因子D 3＝5； 鉴频FIR ：采样频率100 KHz ，通带20 KHz ，过渡带10 KHz ，64阶。

1． 给出CICF 、HBF 的传递函数H(z)的结构，频率响应曲线, 并分析其性能。

2． 设计FIRF 、鉴频FIR 滤波器，给出其频率响应曲线, 并分析其性能。

3． 如果仿真信号为())()(2cos )(0n N n n f A n S FM ++=φπ，其中N (n )为高斯白噪声, 瞬时相位为:()()12()0.7sin 20.5sin 2s s n f nT f nT ϕππππππ=+++，f 1 =1000Hz, f 2 =2500Hz, SNR =20dB 。

推导图中每级处理后输出信号的表达式（不考虑噪声），并画出每级处理后输出信号的时域波形（AGC=2）。

二、现有一雷达系统，工作频率范围为220～305MHz ，现需对整个工作带宽内的回波进行信道化处理以检测有无目标。

1． 假定信号的中心频率f 0=262.5MHz ，在欠采样下，A/D 的采样频率f s 应选多大才能满足中频数字正交化处理的要求；2． 假定回波中包含两个LFM 信号（2102()cos(2)s t f t t ππμ=+），其参数如下表1所示，信噪比SNR=10dB ，产生回波信号，并利用信道化处理方法对LFM 信号进行检测（每个信道的带宽Bs=3MHz ）。

要求：（1）给出信道划分示意图，并计算LFM 信号所处的信道位置； （2）画出有回波的信道信号及其频谱；（3）对分离后的回波信号进行脉压，画出脉压结果进行分析。

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。

第一章1、影响天线效率的因素有哪些（答出至少三条）？答：工作频率，天线长度，天线形状，天线架设的高度等2、语音频率范围是300~3400Hz，当取f=3000Hz时，天线长度为多少时，天线效率最高？3、如何解决最简结构中天线效率低和无法多路传输的问题？答：在其他参数相同的条件下，输入激励电流的频率越高，基本振子天线的电磁波越强，即天线的效率越高。

实际的天线电系统都采用了调制/解调技术，即在发射端用一个可选择的高频率的正弦波信号去调制需要传输的频率较低的调制信号，这个高频正弦波信号成为载波；在接收端采用解调技术再将调制的信号从载波上解出来，从而完成了信号的无线传输过程。

这也是解决不能多路传输的方法。

4、请画出无线电系统的实用结构。

5、常见的收/发双工技术答：时分双工、频分双工和环形器双工6、画出无线数字通信系统框图发射端：接收端：7、画出无线电系统的实用结构图，并指出基带信号、中频信号和射频信号的位置答：同第4题8、简述外差技术和超外差技术的概念，并画出超外差技术的框图：答：外差技术：中频频率fIF固定不变，通过混频器本振频率fL和选频滤波器中心频率f0 = fRF同步改变来实现；超外差技术：当取中频频率fIF低于射频频率fRF且高于信号带宽B时9、软件无线电的特点答：功能的灵活性，结构的开放性，成本的集中性。

多功能、多频带、多模式。

具有可重编程、可重配置能力。

10、画出理想的软件无线电体系结构，并简述结构核心和构造思想结构核心：使模拟信号转换为数字信号的部分尽可能接近天线构造思想：不可能采用数字器件实现的部分放在模拟子系统中其他部分放在数字子系统中，例如载以获得最大程度的软件可编程性。

11、软件无线电的研究热点和难点答：宽带/多频段天线、智能天线；灵活的射频前端设计；高速数模和模数变换器；高速信号处理器；软件无线电的信号处理算法；软件下载和软件重配置技术。

第二章1、模数变换的主要步骤包括哪些？起作用是什么？答：采样：连续时间信号的离散化；量化和编码：采样值的有限精度处理2、画出下面信号经采样后的频谱图（考虑两种情况：失真或非失真）。

题目：《软件无线电原理与技术》实验报告FSK调制与解调姓名：学院：信息科学与技术学院系：通信工程系专业：年级：学号：教师：2012 年 7 月 1 日《软件无线电原理与技术》实验报告FSK调制与解调一、实验目的●理解 FSK 调制与解调的原理与意义●掌握 DDS 的用法●练习和熟悉程序的编写与仿真验证●掌握 FSK调制与解调的数字实现过程二、实验原理2.1 FSK调制原理2FSK(二相频移键控)是用两个不同频率的正弦波形来传送码元“0”和“1”。

2FSK 信号的产生方法主要有两种，一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其输出两个不同频率的码元如图1(a)所示。

第二种方法是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，如图1(b)所示。

图1 2FSK调制原理框图其中，由调频器产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，如图2 所示；而开关法产生的2FSK 信号由两个独立的频率源构成，所以2FSK 在相邻码元之间的相位不一定是连续的。

图2 2FSK信号波形图实验设计一款 2-FSK 调制器。

●功能要求：要求当信号并行输入时，输出已调信号和输出使能信号。

载波信号由DDS模块生成，输出的使能信号out_fsk_en 经IO1 显示在示波器上，输出的已调信号经DA模块I 路显示在示波器上进行观察。

●时序要求：当输入使能信号in_fsk_en 为高电平时，信号输入2-FSK 调制器；当调制模块输出使能信号out_fsk_en 为高电平时，输出已调信号。

●参考设计：分为五个模块实现（拨码开关输入模块、DDS1 模块、DDS2 模块、FSK 调制模块、DA 输入模块）。

其中拨码开关输入模块实现拨码开关输入的并串转化，并产生输出使能信号。

DDS1 模块由IP 核DDS Compiler v2.1 生成，产生余弦信号,设置为系统时钟40MHz，输出时钟1.25MHz，分辨率为1HZ，输入时钟时能信号ce，输出余弦信号cosine，其他设置为默认。