軟件無線電原理與應(yīng)用第3版 課件 【ch08】軟件無線電在無線工程中的應(yīng)用

軟件無線電原理與應(yīng)用（第三版）軟件無線電在無線工程中的應(yīng)用第八章高等學(xué)校電子信息類精品教材01軟件無線電在軍事通信中的應(yīng)用軟件無線電在軍事通信中的應(yīng)用01軟件無線電這個術(shù)語最早是在軍事通信領(lǐng)域提出的。美軍為了解決海灣戰(zhàn)爭中多國部隊各軍種進(jìn)行聯(lián)合作戰(zhàn)時所遇到的互聯(lián)互通互操作(簡稱“三互”)問題提出了軟件無線電(SoftwearRadio)的新概念。軟件無線電在軍事通信中的應(yīng)用01軟件無線電的先驅(qū)——MBMMR電臺MBMMR電臺作為SPEAKeasy計劃的一個中間演示驗證產(chǎn)品是工作在2MHz～2GHz的多頻段多模式電臺，這種電臺不僅能與常規(guī)的HF、VHF、UHF電臺通信，而且還能與SINCGARS、Have-QuickⅡ跳頻電臺以及衛(wèi)星通信終端、Link11數(shù)據(jù)鏈終端、EPLRS設(shè)備等非常規(guī)通信裝備進(jìn)行話音通信和數(shù)據(jù)或視頻傳輸，同時還能接入民用蜂窩系統(tǒng)，而且還具備GPS定位和定時同步等功能，MBMMR電臺的組成框圖如圖8.1所示。軟件無線電在軍事通信中的應(yīng)用01軟件無線電的先驅(qū)——MBMMR電臺軟件無線電在軍事通信中的應(yīng)用01聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)技術(shù)特性●即插即用通用性；●模塊化硬件可現(xiàn)場配置；●波形軟件可現(xiàn)場編程；●嵌入式定位：自動向網(wǎng)絡(luò)輸送態(tài)勢感知；●保密的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)功能；●3個或更多個其他網(wǎng)絡(luò)模式；●自動區(qū)域或互聯(lián)網(wǎng)路由選擇；●動態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接、尋址和帶寬分配；●選定的傳統(tǒng)無線電臺；●“動中通”功能；●開放式物理結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)；●適應(yīng)未來技術(shù)、系統(tǒng)和支援作戰(zhàn)結(jié)構(gòu)(可擴(kuò)展性)。軟件無線電在軍事通信中的應(yīng)用01聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)軟件無線電在軍事通信中的應(yīng)用01聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)JTRS波形●寬帶組網(wǎng)波形(WNW);●士兵電臺波形(SRW);●單信道地面與機(jī)載無線電系統(tǒng)(SINCGARS);●增強(qiáng)型定位報告(EPLRS);●高頻波形(HF);●UHF衛(wèi)星通信波形；●Link16波形；●戰(zhàn)術(shù)邊緣聯(lián)合機(jī)載波形(JAN-TE);●移動用戶目標(biāo)波形(MUOS)。軟件無線電在軍事通信中的應(yīng)用01軟件無線電在移動通信中的應(yīng)用軟件無線電概念雖然最早是為解決三軍聯(lián)合作戰(zhàn)時，軍事通信的互通互聯(lián)問題而首先提出來的，但經(jīng)過這幾年的迅速發(fā)展，軟件無線電已從軍事研究領(lǐng)域的演示階段發(fā)展成為現(xiàn)代移動通信特別是第三、四代移動通信的基石，軟件無線電把硬件作為無線通信的通用平臺，使硬件盡可能地脫離通信體制、信號波形以及通信功能，而盡可能多地用軟件來實現(xiàn)。這樣無線通信系統(tǒng)就具有更好的通用性、靈活性，而且系統(tǒng)升級也變得非常方便。02軟件無線電在移動通信中的應(yīng)用軟件無線電在移動通信中的應(yīng)用02軟件無線電概念雖然最早是為解決三軍聯(lián)合作戰(zhàn)時，軍事通信的互通互聯(lián)問題而首先提出來的，但經(jīng)過這幾年的迅速發(fā)展，軟件無線電已從軍事研究領(lǐng)域的演示階段發(fā)展成為現(xiàn)代移動通信特別是第三、四代移動通信的基石，軟件無線電把硬件作為無線通信的通用平臺，使硬件盡可能地脫離通信體制、信號波形以及通信功能，而盡可能多地用軟件來實現(xiàn)。這樣無線通信系統(tǒng)就具有更好的通用性、靈活性，而且系統(tǒng)升級也變得非常方便。軟件無線電在移動通信中的應(yīng)用02軟件無線電基站接收分系統(tǒng)表8-2給出了各種移動通信系統(tǒng)的工作頻段、占用的總帶寬、信道間隔以及調(diào)制方式等。由表8-2可見，820～960MHz和1800～2200MHz兩個頻段是蜂窩移動通信系統(tǒng)的常用工作頻段，如此高的頻率直接進(jìn)行A/D采樣目前是比較困難的，所以必須首先進(jìn)行模擬下變頻，把高頻段信號搬移到頻率相對較低的中頻，然后再進(jìn)行A/D采樣數(shù)字化，也就是采用第3章介紹的第三種軟件無線電結(jié)構(gòu)，如圖8.3所示。軟件無線電在移動通信中的應(yīng)用02軟件無線電基站接收分系統(tǒng)軟件無線電在移動通信中的應(yīng)用02軟件無線電基站接收分系統(tǒng)該FPGA核能達(dá)到的性能指標(biāo)如下:軟件無線電在移動通信中的應(yīng)用02軟件無線電基站接收分系統(tǒng)軟件無線電在移動通信中的應(yīng)用02軟件無線電基站發(fā)射分系統(tǒng)如前所述，軟件無線電發(fā)射機(jī)所基于的基本理論是多速率信號處理中的內(nèi)插理論，第3章介紹的軟件無線電發(fā)射機(jī)模型同樣適用于軟件無線電基站發(fā)射機(jī)的設(shè)計，在這里主要考慮頻段覆蓋及其實現(xiàn)的可行性，簡單化等工程實現(xiàn)問題。軟件無線電在移動通信中的應(yīng)用02軟件無線電基站發(fā)射分系統(tǒng)軟件無線電在移動通信中的應(yīng)用02軟件無線電基站發(fā)射分系統(tǒng)軟件無線電在移動通信中的應(yīng)用02軟件無線電基站的技術(shù)挑戰(zhàn)軟件無線電基站或稱SBS基站的優(yōu)越性是顯而易見的，但就目前技術(shù)水平，要比較理想地實現(xiàn)SBS基站還有很多技術(shù)難題需要加以攻克和解決，可以說機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。這些富有挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵技術(shù)主要有：(1)寬帶模擬部件，如寬帶頻合器、寬帶功放、寬帶天線、寬帶環(huán)形器(或天線收/發(fā)共用器)等。軟件無線電的一個主要特點是多頻段、寬帶化，這就要求上述部件必須具有寬帶特性。軟件無線電在移動通信中的應(yīng)用02軟件無線電基站的技術(shù)挑戰(zhàn)(2)動態(tài)要求大大提高。(3)軟件無線電基站的體系結(jié)構(gòu)尚不十分明朗，還有待進(jìn)行更深入的研究。(4)采用軟件無線電技術(shù)來設(shè)計基站與常規(guī)設(shè)計會有很多特殊性和不同的技術(shù)要求，必須盡快研究制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，才能真正發(fā)揮軟件無線電的優(yōu)勢和內(nèi)在潛力，并引導(dǎo)和推動軟件無線電基站的技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)。軟件無線電在移動通信中的應(yīng)用02軟件無線電手持終端(移動手機(jī))基于軟件無線電的通用手機(jī)原理框圖如圖8.17所示，根據(jù)前面的討論，該原理框圖是容易理解的。03軟件無線電在電子戰(zhàn)中的應(yīng)用軟件無線電在電子戰(zhàn)中的應(yīng)用03軟件無線電偵察接收機(jī)軟件無線電偵察接收機(jī)是指基于軟件無線電原理而實現(xiàn)的用于對目標(biāo)信號進(jìn)行分析識別、特征提取和參數(shù)測量，對通信信號還能解調(diào)信息的電子戰(zhàn)偵察分析接收機(jī)。軟件無線電在電子戰(zhàn)中的應(yīng)用03軟件無線電偵察接收機(jī)軟件無線電在電子戰(zhàn)中的應(yīng)用03軟件無線電偵察接收機(jī)也就是說為了能使該軟件化接收機(jī)能對信號帶寬為1kHz的通信信號進(jìn)行接收，其最大抽取因子將達(dá)到50000倍，如此大的抽取因子必須采用多級級聯(lián)來實現(xiàn)。軟件無線電在電子戰(zhàn)中的應(yīng)用03軟件無線電偵察接收機(jī)軟件無線電在電子戰(zhàn)中的應(yīng)用03基于多相濾波的電子戰(zhàn)信道化接收機(jī)8.3.1節(jié)介紹的軟件無線電偵察接收機(jī)的一個主要缺點是同時多信號處理能力比較弱，同一時刻只能處理一個信號，對多信號的處理只能采用流水作業(yè)的辦法進(jìn)行時分處理，這對電磁環(huán)境越來越復(fù)雜的信息化戰(zhàn)場是不適應(yīng)的。解決的辦法之一是采用多臺接收機(jī)并行工作，這顯然會增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高系統(tǒng)成本。解決的第二個辦法是多信道并行處理，增加單臺接收機(jī)的處理容量，如圖8.27所示。軟件無線電在電子戰(zhàn)中的應(yīng)用03基于多相濾波的電子戰(zhàn)信道化接收機(jī)軟件無線電在電子戰(zhàn)中的應(yīng)用03基于多相濾波的電子戰(zhàn)信道化接收機(jī)軟件無線電在電子戰(zhàn)中的應(yīng)用03軟件無線電干擾發(fā)射機(jī)軟件無線電技術(shù)在電子戰(zhàn)中的另一個應(yīng)用就是實現(xiàn)軟件化(或叫由軟件定義)的電子戰(zhàn)干擾發(fā)射機(jī)。軟件無線電在電子戰(zhàn)中的應(yīng)用03軟件無線電干擾發(fā)射機(jī)04軟件無線電在雷達(dá)中的應(yīng)用——“軟件雷達(dá)”軟件無線電在雷達(dá)中的應(yīng)用——“軟件雷達(dá)”04“軟件雷達(dá)”的基本概念雷達(dá)的作用是實現(xiàn)對目標(biāo)(如飛機(jī)、艦船等)的探測、定位和跟蹤，它的基本原理是通過向目標(biāo)發(fā)射一個電磁信號(照射波),然后接收目標(biāo)對該信號的反射波，根據(jù)該反射波的延遲、多普勒頻率等參數(shù)提取出目標(biāo)的距離、方位、高度、速度等信息，如圖8.35所示。軟件無線電在雷達(dá)中的應(yīng)用——“軟件雷達(dá)”04“軟件雷達(dá)”的基本概念軟件無線電在雷達(dá)中的應(yīng)用——“軟件雷達(dá)”04“軟件雷達(dá)”的基本概念雷達(dá)的分類可以有幾種方法，比如按工作頻段分有：米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)、厘米波雷達(dá)以及毫米波雷達(dá)；按戰(zhàn)術(shù)功能和用途來分有：遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)、截?fù)衾走_(dá)、轟炸瞄準(zhǔn)雷達(dá)、制導(dǎo)雷達(dá)以及戰(zhàn)場監(jiān)視雷達(dá)等；按雷達(dá)的工作體制來分則有：連續(xù)波雷達(dá)、脈沖多普勒雷達(dá)、脈沖壓縮雷達(dá)、編碼脈沖雷達(dá)、動目標(biāo)顯示雷達(dá)、捷變頻雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)、合成孔徑雷達(dá)等。軟件無線電在雷達(dá)中的應(yīng)用——“軟件雷達(dá)”04軟件雷達(dá)的實現(xiàn)原理我們知道任何一個無線電信號包括雷達(dá)信號均可以用已調(diào)的正弦信號來表示：軟件無線電在雷達(dá)中的應(yīng)用——“軟件雷達(dá)”04軟件雷達(dá)的實現(xiàn)原理根據(jù)上面分析可以給出一個軟件化的雷達(dá)發(fā)射機(jī)框圖如圖8.36所示。軟件無線電在雷達(dá)中的應(yīng)用——“軟件雷達(dá)”04軟件雷達(dá)的實現(xiàn)原理軟件無線電在雷達(dá)中的應(yīng)用——“軟件雷達(dá)”04相控陣軟件雷達(dá)系統(tǒng)本節(jié)對軟件無線電在現(xiàn)代雷達(dá)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，提出了“軟件雷達(dá)”的概念，并對其實現(xiàn)原理和組成進(jìn)行了討論，給出了實現(xiàn)的原理框圖。軟件無線電在雷達(dá)中的應(yīng)用——“軟件雷達(dá)”04相控陣軟件雷達(dá)系統(tǒng)05軟件無線電在天基信息系統(tǒng)中的應(yīng)用——“軟件星”軟件無線電在天基信息系統(tǒng)中的應(yīng)用——“軟件星”05“軟件星”基本概念基于軟件無線電的“軟件星”是指這種衛(wèi)星的有效載荷是以軟件無線電為通用硬件平臺，通過軟件來定義其功能的衛(wèi)星系統(tǒng)。"軟件星"不僅可以完成通信功能，也可以完成導(dǎo)航功能，或者實現(xiàn)對雷達(dá)/通信信號的技術(shù)偵察，還可以用作為雷達(dá)有源探測和遙感(天基SAR),甚至實現(xiàn)電子對抗功能。軟件無線電在天基信息系統(tǒng)中的應(yīng)用——“軟件星”05“軟件星”有效載荷的組成原理“軟件星”