軟件無(wú)線電原理與應(yīng)用第3版 課件 【ch03】軟件無(wú)線電體系結(jié)構(gòu)

軟件無(wú)線電原理與應(yīng)用（第三版）軟件無(wú)線電體系結(jié)構(gòu)第三章高等學(xué)校電子信息類精品教材01軟件無(wú)線電的三種結(jié)構(gòu)形式軟件無(wú)線電的三種結(jié)構(gòu)形式01軟件無(wú)線電的宗旨就是盡可能地簡(jiǎn)化射頻模擬前端，使A/D轉(zhuǎn)換盡可能地靠近天線去完成模擬信號(hào)的數(shù)字化，而且數(shù)字化后的信號(hào)要盡可能多地用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能和指標(biāo)。另外，軟件無(wú)線電的硬件平臺(tái)應(yīng)具有開放性、通用性，軟件可升級(jí)、可替換。軟件無(wú)線電的三種結(jié)構(gòu)形式01通過前面的介紹已經(jīng)知道，軟件無(wú)線電主要由三大部分組成，即用于射頻信號(hào)變換、位于模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換之前的模擬射頻前端(含天線),高速模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC、DAC)以及位于ADC之后、DAC之前的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)三大部分，如圖3.1所示。軟件無(wú)線電的三種結(jié)構(gòu)形式01低通采樣軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)軟件無(wú)線電的三種結(jié)構(gòu)形式01低通采樣軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)軟件無(wú)線電的三種結(jié)構(gòu)形式01射頻直接帶通采樣軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)軟件無(wú)線電的三種結(jié)構(gòu)形式01射頻直接帶通采樣軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)軟件無(wú)線電的三種結(jié)構(gòu)形式01寬帶中頻帶通采樣軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)寬帶中頻帶通采樣軟件無(wú)線電的組成結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。軟件無(wú)線電的三種結(jié)構(gòu)形式01三種軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)的等效數(shù)字譜由第2章Nyquist采樣定理的介紹可知，第一種基于低通采樣的軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)的數(shù)字譜最為簡(jiǎn)單明了，如圖3.6所示，為方便起見，圖中的頻率全部用模擬頻率來(lái)表示，而且僅畫出正頻部分。軟件無(wú)線電的三種結(jié)構(gòu)形式01三種軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)的等效數(shù)字譜軟件無(wú)線電的三種結(jié)構(gòu)形式01三種軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)的等效數(shù)字譜軟件無(wú)線電的三種結(jié)構(gòu)形式01三種軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)的等效數(shù)字譜第二種軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)采用了射頻直接(不經(jīng)過混頻)帶通采樣技術(shù)，這種采樣與第三種結(jié)構(gòu)的中頻帶通采樣的不同點(diǎn)只是為了消去因前置跟蹤濾波器不理想而產(chǎn)生的采樣“盲區(qū)”,需要多個(gè)采樣頻率，其中包括一個(gè)主采樣頻率fs和M個(gè)“盲區(qū)”采樣頻率fsm。軟件無(wú)線電的三種結(jié)構(gòu)形式01三種軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)的等效數(shù)字譜02軟件無(wú)線電接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件無(wú)線電接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)02單通道軟件無(wú)線電接收機(jī)所謂單通道軟件無(wú)線電接收機(jī)是指這種接收機(jī)在同一時(shí)刻只能接收所選擇的一個(gè)信道的信號(hào)進(jìn)行接收解調(diào)分析，不能同時(shí)接收多個(gè)信號(hào)。軟件無(wú)線電接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)02單通道軟件無(wú)線電接收機(jī)軟件無(wú)線電接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)02單通道軟件無(wú)線電接收機(jī)軟件無(wú)線電接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)02單通道軟件無(wú)線電接收機(jī)需要指出的是，圖3.15所示的基于多相濾波正交化處理的接收機(jī)模型，其采樣公式仍為帶通采樣公式，但此式中的方為信號(hào)載頻，而不是3.1節(jié)中介紹的為采樣頻帶的中心頻率。圖3.14和圖3.15所示的接收機(jī)模型同時(shí)只能接收一個(gè)信號(hào)，而無(wú)法同時(shí)接收多個(gè)信號(hào)，也就是說(shuō)這兩種模型都不具備同時(shí)處理多個(gè)信號(hào)的能力，所以稱其為單通道模型。軟件無(wú)線電接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)02多通道軟件無(wú)線電接收機(jī)下面重點(diǎn)討論基于多相濾波器組的信道化接收機(jī)結(jié)構(gòu)模型，這種接收機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)處理帶寬內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行全概率截獲和接收解調(diào)。軟件無(wú)線電接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)02多通道軟件無(wú)線電接收機(jī)03多相濾波信道化接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)多相濾波信道化接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)03數(shù)字濾波器組與信道化的基本概念多相濾波信道化接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)03數(shù)字濾波器組與信道化的基本概念圖中的fs為輸入信號(hào)s(n)的采樣頻率。多相濾波信道化接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)03數(shù)字濾波器組與信道化的基本概念另外一個(gè)不同點(diǎn)是由于經(jīng)復(fù)本振混頻及低通濾波后的信號(hào)為復(fù)信號(hào)，且?guī)挒棣?D,故可對(duì)該信號(hào)進(jìn)行2D倍抽取，如圖3.23所示。多相濾波信道化接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)03復(fù)信號(hào)的多相濾波信道化接收機(jī)復(fù)信號(hào)的信道化原始結(jié)構(gòu)如圖3.22所示。多相濾波信道化接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)03實(shí)信號(hào)的多相濾波信道化接收機(jī)實(shí)信號(hào)的信道化原始結(jié)構(gòu)如圖3.23所示。推導(dǎo)方法與復(fù)信號(hào)是類似的，所不同的是現(xiàn)在的抽取倍數(shù)為(2D),而不是復(fù)信號(hào)時(shí)的D。多相濾波信道化接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)03實(shí)信號(hào)的多相濾波信道化接收機(jī)根據(jù)上述推導(dǎo)過程，可得到實(shí)信號(hào)的多相濾波信道化接收機(jī)結(jié)構(gòu)模型如圖3.26所示。多相濾波信道化接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)03實(shí)信號(hào)的多相濾波信道化接收機(jī)04軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)04單通道軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)04單通道軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)圖3.31所示的調(diào)制模型實(shí)際上就是軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)的基本結(jié)構(gòu)模型，稱其為基頻發(fā)射機(jī)。軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)04單通道軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)04單通道軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)圖3.35所示的軟件無(wú)線發(fā)射機(jī)改進(jìn)模型雖然解決了高速數(shù)字濾波的問題，但對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)的要求仍然是相當(dāng)高的，也就是要求D/A有相當(dāng)高的轉(zhuǎn)換速率。軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)04多通道軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)多通道軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)實(shí)際上就是由多個(gè)單通道發(fā)射機(jī)構(gòu)成的并行發(fā)射機(jī)，其模型如圖3.38所示。軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)04多通道軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)05信道化軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)信道化軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)05信道化發(fā)射機(jī)的基本概念通常的發(fā)射機(jī)同一時(shí)刻往往只能發(fā)射單個(gè)信號(hào)，比如目前的常規(guī)電臺(tái)、無(wú)線基站發(fā)射機(jī)等，為了能做到同時(shí)發(fā)射多個(gè)信號(hào)，就需要用多部發(fā)射機(jī)并聯(lián)工作，構(gòu)成一個(gè)發(fā)射機(jī)陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)。信道化軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)05信道化發(fā)射機(jī)的基本概念信道化軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)05信道化發(fā)射機(jī)的基本概念圖3.41所示的信道化發(fā)射機(jī)模型雖然能實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)信道化的思想，但實(shí)際上還是一種多通道并行實(shí)現(xiàn)的思路，并未達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的目的。下面推導(dǎo)基于多相結(jié)構(gòu)的信道化發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)模型，這種模型計(jì)算效益高，實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。信道化軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)05復(fù)信號(hào)輸出的多相濾波信道化發(fā)射機(jī)信道化軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)05復(fù)信號(hào)輸出的多相濾波信道化發(fā)射機(jī)由上面的推導(dǎo)過程可以看出，圖3.42所示的信道化發(fā)射機(jī)模型輸出的信號(hào)y(n)是復(fù)信號(hào)，y(n)由式(3-59)表示。信道化軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)05復(fù)信號(hào)輸出的多相濾波信道化發(fā)射機(jī)信道化軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)05實(shí)信號(hào)輸出的多相濾波信道化發(fā)射機(jī)具有實(shí)信號(hào)輸出的信道化發(fā)射機(jī)的直接實(shí)現(xiàn)形式如圖3.43所示。信道化軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)05