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第三章软件无线电关键技术教材

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2002-35软件无线电及其关键技术

2002-35软件无线电及其关键技术

软件无线电及其关键技术陈坚李在铭（电子科技大学通信学院102教研室成都610054）摘要软件无线电是近年提出的一种无线通信的体系结构，是继从模拟技术到数字技术后，无线通信领域的又一突破性新技术，本文从软件无线电的基本概念出发，讨论了其发展背景、功能结构、关键技术、先进特点和存在问题及应用与发展前景。

关键词软件无线电体系结构模数转换数字信号处理数字下变频一、引言随着通信技术不断地从模拟向数字化转变，现代无线系统越来越多的功能靠软件实现，因此产生了新一代的无线通信技术——软件无线电(software radio)[1]。

完整的软件无线电概念和结构体系是由美国MILTR公司的Jeo Mitola于1992年5月首次明确提出的。

其基本思想是：将宽带A/D变换尽可能地靠近射频天线，即尽可能早地将接收到的模拟信号数字化，最大程度地通过软件来实现电台的各种功能。

通过运行不同的算法，软件无线电可以实时地配置信号波形，使其能够提供各种语音编码、信道调制、载波频率、加密算法等无线电通信业务。

软件无线电台不仅可与现有的其它电台通信，还能在两种不同的电台系统间充当“无线电网关”，使两者能够互通互连。

这样就解决了由于拥有电台类型、性能不同带来的无线电联系的困难。

人们研究软件无线电技术的主要原因如下：1)为了满足日趋复杂的无线电通信要求，通信设备必须符合各种无线通信手段相互协同的要求；同时，由于通信技术日新月异，为使电台保持与当今先进的通信技术同步，更新或增加电台功能速度加快；2)数字处理理论与技术的高度发展，以及A/D转换器和数字信号处理器(DSP)等器件的逐步成熟，为发展软件无线电奠定了技术基础。

软件无线电充分利用嵌入通信设备里的单片微机和专用芯片的可编程能力，提供一种通用的采用宽带A/D转换器、DSP和通用中央处理器(CPU)相结合的无线电台硬件平台，既保持无线电台硬件结构的简单化，又带来如下的优点：1)灵活性：能转换信道、改变调制方式和接收不同类型信号，对目前面临许多新标准或环境变化的无线电设计者而言，很有吸引力；2)集中性：软件无线电技术多信道共享前端射频级，可对每一信道进行低成本的数字处理，尽管软件无线电台比单个传统接收机要昂贵得多，但每个信道的成本大大降低了。

软件无线电技术概述PPT课件

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。

11第三章软件无线电的结构PPT课件

11第三章软件无线电的结构PPT课件
1）射频全宽带低通采样软件无线电结构 2）射频直接带通采样软件无线电结构 3）宽带中频带通采样软件无线电结构
4
3.1.1 射频全带宽低通采样软件无线电结构
组成结构如图所示：
超宽带 滤波器
双工器 fmin ~ fmax
超宽带 放大器
分波段 滤波器
超宽带功 率放大器
超高速超 宽带A/D
fs 2 fmax
XA
X D( f )
图1
B0
X
D
X
D
f
fS / 4
fs / 2
15
X D( f )
B0
图2
X
A
f0 fS / 4
X
A
f0
f f0 fs / 4
当上式中n为偶数时，数字谱和模拟谱的对应
关系为
X
D
X
A
,
X
D
X
A
；当n为奇数时对应关
系
X
D
X
A
,
X
D
X
A
。所以，无论 n 取确定的何
精选ppt29并行多通道处理理论精选ppt30并行多通道处理ciccicfirfirciccichbfhbffirfir特征特征提取提取识别识别解调解调分析分析hbfhbf信息输出信息输出cosciccicfirfirciccichbfhbffirfir特征特征提取提取识别识别解调解调分析分析hbfhbfsin信息输出信息输出adadciccicfirfirciccichbfhbffirfir特征特征提取提取识别识别解调解调分析分析hbfhbf信息输出信息输出精选ppt3133上一节介绍的两种结构模型只能对单个信号或有限几个信号进行解调接收必须首先确知在哪个信道上有信号

软件无线电技术综述

软件无线电技术综述

软件无线电技术具有广泛的应用领域，其中主要包括军事、移动通信、无线 传感器网络、广播通信等。在军事方面，软件无线电技术可用于构建灵活的军事 通信系统，提高作战指挥效率和协同能力。在移动通信方面，软件无线电技术可 以实现多模多频的通信功能，支持多种无线标准，提高移动设备的通信能力和互 联互通性。
在无线传感器网络方面，软件无线电技术可以构建低功耗、低成本的无线传 感器节点，实现传感器网络的灵活部署和智能感知。在广播通信方面，软件无线 电技术可以实现灵活的多通道音频传输，提高音频系统的传输效率和音质体验。
二、基本原理
软件无线电技术的基本原理是采用数字化技术，将信号从模拟域转换到数字 域进行处理。首先，天线接收的信号经过射频前端进行数字化转换，然后在数字 信号处理器（DSP）上进行各种信号处理算法的实现，如编解码、调制解调、滤 波等。此外，软件无线电技术还采用了空中接口协议，使得不同的无线电设备可 以相互通信。
随着技术的不断发展和应用需求的不断增长，软件无线电技术将迎来更多的 发展机遇和挑战。未来，软件无线电技术将朝着以下几个方向发展：
（1）更高性能的硬件平台：随着处理器、FPGA等硬件技术的不断发展，未 来软件无线电技术的硬件平台将更加高性能、低功耗，进一步提高系统性能和效 率。
（2）更智能的软件加载：未来，软件无线电技术的软件加载将更加智能化， 能够自适应地根据不同应用场景和需求进行快速开发和部署，提高系统的灵活性 和可靠性。
研究方法
无线电能传输技术的研究方法主要包括理论分析、数值仿真和实验验证三种。 理论分析通过对电磁场、磁场和电场的基本理论进行分析和建模，以研究无线电 能传输的规律和特性；数值仿真利用计算机软件对理论模型进行仿真和计算，以 获得更准确的预测结果；实验验证通过实际实验对理论和仿真的结果进行验证和 优化。

软件无线电技术ppt

软件无线电技术ppt
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

《软件无线电技术》PPT课件

《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

《软件无线电技术》课件

《软件无线电技术》PPT 课件
通过本课件，我们将深入了解软件无线电技术的概念、应用和发展趋势，带 您探索这一引人入胜的领域。
引言
介绍软件无线电技术的概念和背景，分析其优势和应用。
基础知识
讲解无线电通信的基本原理，解释重要概念和术语，介绍软件定义无线电（SDR）的技术原理。
软件无线电技术的不同应用
探索在移动通信系统、卫星通信系统和无线电信号处理中的软件无线电技术应用。
软件无线电技术的发展趋势
分析软件无线电技术的现状和发展，展望未来的发展趋势和应用。
结语
总结本次课程的重点和亮点，并提

软件无线电技术


紧张等问题， 提出了软件无线电技术， 简要介绍了软件无线电的概念和特点， 并对其关键 技术进行了分析。 关键词： 软件无线电； 数字信号处理； 智能天线； A B C 和 C B A 转换器 中图分类号： 文献标识码： $DEF A
（J:<).(9& Q(’+:,， 软件无线电 简称 JaQ） 技术是近年来提出的一种实 现无线通信的新的体系结构。 它是针对现有无线通信领域存在的如多种通 信体系共存、 各种标准竞争激烈、 频率资源紧张等等一些问题， 尤其是个人 无线通信系统的发展， 使得新的系统层出不穷， 产品生存周期越来越短， 原 有的以硬件为主的无线通信体制难以适应新形势的需要应运而生的。
!
软件无线电的概念
软件无线电是指构造一个通用的、可重复编程的硬件平台，使其工
作频段、 调制解调方式、 业务种类、 数据速率与格式、 控制协议等都可以 进行重构和控制， 选用不同的软件模块就可以实现不同类型和功能的无 线电台。 其核心思想是在尽可能靠近天线的地方， 使用宽带 C B A 和 A B C 变换器， 并利用软件来定义无线功能 。
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软件无线电 课程大纲

软件无线电课程大纲全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：软件无线电是一门涉及软件工程和通信技术的前沿学科，是帮助学生了解无线电概念、原理和技术的课程。

在这门课程中，学生将学习如何使用软件编程实现无线电通信系统，并通过实践性项目提高他们的设计和实施能力。

下面是一份关于软件无线电课程的大纲。

一、课程介绍1.1 课程名称：软件无线电1.2 课程性质：选修课1.3 开设对象：计算机科学与技术、电子信息工程等相关专业学生1.4 先修知识：无线通信、通信原理、软件工程基础等二、课程目标2.1 了解无线电通信的基本概念和原理2.2 掌握软件编程在无线电通信中的应用2.3 能够设计和实现简单的软件无线电通信系统2.4 提高团队协作和项目管理能力三、课程内容3.1 无线电通信基础知识- 无线电信道特性- 调制解调技术- 多址接入技术3.2 软件无线电的基本原理- 软件定义无线电(SDR)概念- SDR系统架构及工作原理- SDR在无线电通信中的应用3.3 软件编程语言及工具- Python、C++等编程语言- GNU Radio等开源软件工具- RTL-SDR等硬件设备3.4 无线电通信协议- WiFi、蓝牙、Zigbee等常用无线通信协议- 协议栈概念与设计原理- 开发与测试工具3.5 实践性项目- 设计并实现一个简单的软件无线电通信系统- 进行无线电频谱分析与波形信号处理- 进行通信协议的仿真和性能评估四、教学方法4.1 教师讲授- 介绍各个模块的基本原理和应用- 解答学生问题，引导学生思考4.2 实验实践- 开展软件编程实践课程，让学生动手操作- 指导学生完成项目，培养团队合作意识4.3 课堂讨论- 分析案例，解决实际问题- 学生就课程内容展开讨论，促进交流五、评估方式5.1 课堂表现- 出勤情况、主动提问、课堂参与等5.2 作业- 独立完成的编程作业或实验报告5.3 项目- 团队合作完成的项目报告及演示5.4 期末考试- 笔试形式考察学生对课程内容的掌握程度六、教学进度6.1 第1-2周：介绍软件无线电的基本概念6.2 第3-5周：讲解软件无线电的原理与应用6.3 第6-10周：进行软件无线电的编程实践6.4 第11-15周：开展实践性项目设计与实现6.5 第16周：总结和复习，进行期末考试第二篇示例：软件无线电是现代通信领域中的重要技术，也是无线电爱好者和专业人士必备的知识。

《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
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超短波（甚高频VHF）传播：超短波是指 波长为1米~10米（频率为30~300MHz）的 电磁波。超短波难以靠地波和天波传播， 而主要以直射方式（即所谓的“视距”方 式）传播。
19
3.1 射频/微波技术
无线电波的传播
微波传播：微波是指波长小于1米（频率高 于300MHz）的电磁波。其传播类似于光波 的传播，是一种视距传播。总的说来，这 种传播方式比较稳定，但其传播也受到大 气折射和地面反射的影响。另外，对流层 中的大气湍流气团对微波有散射作用。利 用这种散射作用可实现微波的超视距传播。
20
3.1 射频/微波技术
直射波传输特性
定义：在自由空间中, 电波沿直线传播而不被 吸收, 也不发生反射、 折射和散射等现象而直 接到达接收点的传播方式称为直射波传播。
直射波传播损耗可看成自由空间的电波传播损 耗Lfs, 表示式为
[Lfs] 32.44 20lg d 20lg f (dB)
10
3.1 射频/微波技术
无线电波的传播
甚长波（甚低频VLF）传播：甚长波是指 波长10公里~100公里（频率为3~30kHz） 的电磁波。无线通信中使用的甚长波的频 率为10~30kHz，该波段的电磁波可在大地 与低层的电离层间形成的波导中进行传播， 距离可达数千公里乃至覆盖全球。
12
3.1 射频/微波技术
dBw是相对于 1w功率电平的绝对值。 1w=0 dBw=30dBm 2w=3 dBw=33dBm 40w=16 dBw=46dBm
24
3.1 射频/微波技术
微波“铁三角”
在微波技术与工程中，频率、阻抗和功率是 三大核心指标，故被称为微波“铁三角”。
这三个方面能够形象地反映微波技术与工程 的基本内容，它们既有独立特性，又相互影 响，如下图所示。
15
3.1 射频/微波技术
无线电波的传播
短波（高频HF）传播：短波是指波长为10 米~100米（频率为3~30MHz）的电磁波。 短波可沿地表面传播（地波），沿空间以 直接或绕射方式传播（空间波）和靠电离 层反射传播（天波）。
16
电离层反射
散射
多跳反射传播
3.1 射频/微波技术
无线电波ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ传播
无线电波的传播
长波（低频LF）传播：长波是指波长1公 里~10公里（频率为30~300kHz）的电磁波。 其可沿地表面传播（地波）和靠电离层反 射传播（天波）。
13
3.1 射频/微波技术
无线电波的传播
中波（中频MF）传播：中波是指波长100 米~1000米（频率为300~3000kHz）的电磁 波。中波可沿地表面传播（地波）和靠电 离层反射传播（天波）。中波沿地表面传 播时，受地表面的吸收较长波严重。中波 的天波传播与昼夜变化有关。
2.31~1.67cm
K
18~28GHz
1.67~1.07cm
Ka
28~40GHz
1.07~0.75cm
8
3.1 射频/微波技术
射频/微波技术
射频/微波技术通常包括射频/微波信号的产 生、调制、功率放大、辐射、接收、低噪声 放大、混频、解调、检测、滤波、衰减、移 相等各个模块单元的理论研究、设计和生产 技术。
式中, d为距离(km), f为工作频率(MHz)。
21
3.1 射频/微波技术
射频功率的计量单位
射频信号的绝对功率常用dBm、dBW表示， 它与mW、W的换算关系如下：
设信号功率为xW，利用dBm表示时其大小为：
P(dbm) 10 lg x 1000(mW ) 1(mW )
P(dbW ) 10 lg x(W ) 1(W )
软件无线电基础
任课老师：杜青松
信息科学与工程学院
第三章 软件无线电关键技术
本章学习的主要内容
1 射频/微波技术
2 天线技术/智能天线
3 采样技术 4 数字调制解调技术 5 数字信号处理技术
6 同步技术
3
概述
3.1 射频/微波技术
软件无线电可以理解为有射频前端的计算机， 它可以使用一个单一的无线电前端实现现在 多种无线电终端的功能。
22
3.1 射频/微波技术
射频功率的计量单位
dBm（分贝毫瓦）：描述功率绝对值的单位。
dBm=10lg(功率值/1mw)
dBm是相对于 1mw功率电平的绝对值。
1mw=0 dBm 20mw=13 dBm 40mw=16 dBm
23
3.1 射频/微波技术
射频功率的计量单位
dBw（分贝瓦）：描述功率绝对值的单位。 dBw=10lg(功率值/1w)
5
3.1 射频/微波技术
射频/微波的含义
西方国家常常把部分微波波段分为L、S、C、
X、Ku、K、Ka等波段。
频率和波
频率范围
长
波段代号
L
1~2GHz
S
2~4GHz
C
4~8GHz
波长范围
30~15cm 15~7.5cm 7.5~3.75cm
X
8~13GHz
3.75~2.31cm
Ku
13~18GHz
射频/微波技术的基本理论是经典的电磁场理 论。
9
3.1 射频/微波技术
无线电波的传播
电磁波按照其波长的不同具有不同的传播特 点，下面按波长分述如下： 超长波（超低频SLF）传播：超长波是指 波长1千公里至1万公里（频率为30~300Hz） 的电磁波。这一波段的电磁波传播十分稳 定，在海水中衰耗很小（频率为75Hz时衰 耗系数为0.3dB/m）对海水穿透能力很强， 可深达100m以上。
在软件无线电系统中，射频部分是必不可少 的重要部分。
4
3.1 射频/微波技术
射频/微波的含义
射频，是指可以通过无线电系统发射和接收 的电磁波频率，以交变的电磁场形式在自由 空间以光速传播，通常包括中波、短波、超 短波、微波等频段。
微波，是指频率在300MHz~3000GHz之间 （波长在1m~0.1mm之间）的射频无线电波。
25
3.1 射频/微波技术
微波“铁三角”
26
3.1 射频/微波技术
微波“铁三角”
频率是射频/微波技术中最基本的一个参数， 对应于无线系统所工作的频谱范围，也规定 了无线系统中微波电路的结构形式和器件材 料。
功率用于描述射频/微波信号的能量大小。 阻抗是在特定频率下，描述各种微波电路对
微波信号能量传输的影响的一个参数。
27
3.1 射频/微波技术
射频前端技术