軟件無(wú)線電習(xí)題課ppt.pdf

軟件無(wú)線電技術(shù) 習(xí)題課 1 1 1作業(yè)一作業(yè)一 1 作業(yè)一作業(yè)一 設(shè)計(jì)一個(gè)軟件無(wú)線電收音機(jī) 要求 設(shè)計(jì)一個(gè)軟件無(wú)線電收音機(jī) 要求 射頻低通采樣 輸入為中波射頻低通采樣 輸入為中波AM和調(diào)頻和調(diào)頻FM 輸出為 輸出為 89 4MHz上對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào) 上對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào) 畫(huà)出系統(tǒng)框圖 給出主要參數(shù) 設(shè)計(jì)高效的抽取結(jié)畫(huà)出系統(tǒng)框圖 給出主要參數(shù) 設(shè)計(jì)高效的抽取結(jié) 構(gòu) 構(gòu) 應(yīng)用背景應(yīng)用背景 兩兩種類(lèi)型種類(lèi)型無(wú)線電廣播 無(wú)線電廣播 調(diào)幅 調(diào)幅 AM 廣播 廣播 長(zhǎng)波長(zhǎng)波 150 415 KHz 中波中波 525 1605 KHz 短波短波 1 6 26 MHz 調(diào)頻 調(diào)頻 FM 廣播 廣播 超高頻超高頻頻頻段 段 VHF 我國(guó)我國(guó)FM廣播波段廣播波段87 108 MHz 頻道劃分 頻道劃分 AM 頻道間隔 頻道間隔 9 KHz FM 頻道頻道間隔 間隔 200 KHz 信號(hào)帶寬為 信號(hào)帶寬為150 KHz 應(yīng)用背景應(yīng)用背景 AM和FM廣播的特點(diǎn) AM 傳播距離遠(yuǎn) 覆蓋面積大 電路簡(jiǎn)單 價(jià)格便宜 抗干擾能力差 信號(hào)帶寬窄 音質(zhì)較差 FM 抗干擾能力強(qiáng) 帶寬寬 音質(zhì)好 覆蓋范圍小 接收質(zhì)量受建筑物或其它地物遮擋影響 問(wèn)題問(wèn)題分析分析 可接收中波AM和FM信號(hào) 0 5M 108MHz 基于射頻低通采樣結(jié)構(gòu) 輸出89 4MHz的FM信號(hào) 采用高效的抽取結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)系統(tǒng)原理框圖原理框圖 A DA D 模擬 前端 模擬 前端 數(shù)字 下變頻 數(shù)字 下變頻 基帶解 調(diào)算法 基帶解 調(diào)算法 D AD A 模擬 輸出 模擬 輸出 軟件無(wú)線電收音機(jī)的原理框圖軟件無(wú)線電收音機(jī)的原理框圖 模擬前端模擬前端 放大 濾波 動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整 LNALNAAGCAGCLPFLPF 模擬前端模擬前端 tx 0108125 MHz f j eH ADC與采樣頻率選擇與采樣頻率選擇 根據(jù)低通采樣定理 采樣頻率應(yīng)為fs 2fmax fs 250MHz 2 108MHz ADC采樣后的頻譜為 0250 MHz f j eX 250 2 4 89 72 0 4 89 KHz150 6 166 28 1 A A D D tx nx 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 原理框圖 LPFLPF LPFLPF D D D D NCONCO MHzf 4 89 0 cos 0n sin 0n nx DnxB I DnxB Q 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 ADC采樣后的數(shù)字信號(hào)x n 的頻譜 0 s f MHz f j eX s f 2 4 89 72 0 4 89 KHz150 6 166 28 1 72 0 2 250 4 89 0 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 NCO產(chǎn)生的本地載波信號(hào)頻譜 72 0 0 0 s f s f 2 72 0 72 0 21 0 s f s f 2 72 0 72 0 21 sin 0n cos 0n 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 搬移后的I路信號(hào)的頻譜 0 s f s f 2 72 0 72 0 21 0 s f MHz f j eX s f 2 4 89 72 0 4 89 KHz150 6 166 28 1 0 j BI eX 2 44 1 28 1 72 0 56 0 72 0 56 0 44 1 28 1 2 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 搬移后的Q路信號(hào)的頻譜 0 s f MHz f j eX s f 2 4 89 72 0 4 89 KHz150 6 166 28 1 0 s f s f 2 72 0 72 0 21 0 j BQ eX 0 2 44 1 28 1 72 0 56 0 72 0 56 0 44 1 28 1 2 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 低通濾波后得到的基帶信號(hào)頻譜 0 j BI eX 2 2 0 j BQ eX 2 2 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 考慮所設(shè)計(jì)的低通濾波器指標(biāo)為 通帶截止頻率 基帶調(diào)制信號(hào)的最高頻率75KHz 阻帶起始頻率 125KHz Kaiser窗 通帶紋波 阻帶紋波 0 001 則濾波器的階數(shù)N為 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 高效抽取結(jié)構(gòu)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 分級(jí) CIC和HB 抽取因子D的選擇 D fs 2fa 分級(jí)抽取 抽取結(jié)構(gòu) 3級(jí)CIC和3級(jí)HB級(jí)聯(lián)抽取 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 CIC濾波 非2的冪次方抽取 無(wú)乘法運(yùn)算 級(jí)聯(lián) 有效降低CIC濾波器的旁瓣電平 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 CIC濾波后的信號(hào)頻譜 抽取125倍后 采樣 率變?yōu)閒s1 2MHz 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 CIC濾波后的信號(hào)頻譜 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 HB濾波 0 C a j eH 2 1 1 2 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 HB濾波器設(shè)計(jì) 信號(hào)帶寬可表示為 則 各級(jí)抽取前的信號(hào)采樣率不同 因而HB濾波器階 數(shù)也不同 第m級(jí)HB濾波器輸入信號(hào)的采樣率為 過(guò)渡帶為 設(shè)整個(gè)多級(jí)HB濾波器的紋波系數(shù)為 則每 級(jí)紋波系數(shù)為 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 使用Kaiser窗 各級(jí)HB濾波器的階數(shù)為 求得 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 HB濾波后的信號(hào)速率為 fs3 2M 8 250K 信號(hào)的頻譜為 0 j BI eX 5 3 2 3s f 5 3 0 j BQ eX 2 3s f 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 I Q支路信號(hào)疊加后的結(jié)果 0 j B eX 5 3 2 3s f 5 3 解調(diào) 解調(diào) DAC 模擬輸出 模擬輸出 恢復(fù)原始的音頻調(diào)制信號(hào) 最終系統(tǒng)原理框圖最終系統(tǒng)原理框圖 LNALNAAGCAGCLPFLPFA DA D CICCIC CICCIC HBF HBF HBFHBF FM 解 調(diào) 算 法 FM 解 調(diào) 算 法 D AD ALPFLPFPAPA NCONCO MHzf 4 89 0 cos 0n sin 0n 模擬前端模擬前端 揚(yáng)聲器 輸出 揚(yáng)聲器 輸出 作業(yè)二作業(yè)二2 作業(yè)二作業(yè)二 設(shè)計(jì)一個(gè)軟件無(wú)線電偵察設(shè)計(jì)一個(gè)軟件無(wú)線電偵察接收機(jī) 接收機(jī) 要求 要求 頻率頻率范圍范圍525 KHz 1605 KHz 頻率頻率分辨力分辨力1 0 KHz 應(yīng)用背景應(yīng)用背景 無(wú)需專(zhuān)用設(shè)備對(duì)整個(gè)頻段進(jìn)行搜索或監(jiān)視 全概率信號(hào)截獲 適合處理持續(xù)時(shí)間很短的 突發(fā) 通信信號(hào) 調(diào)頻通信信號(hào)等 實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ) 采用多相濾波器組的信道化接收機(jī) 問(wèn)題分析問(wèn)題分析 偵察范圍 525 KHz 1605 KHz 接收機(jī)的處理帶寬 1 08MHz 頻率分辨力為1 0 KHz 則最少存在1080個(gè)信道 j eX KHz f 52552516051605 KHz1080 s B 10651065O O 16051605 KHz1080 s B 10651065 525525 j eX KHz f 5255251605160510651065O O 0 1 2 539 1079 16051605 10651065 525525 系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖 基于多相濾波器組的信道化接收機(jī)原理框圖基于多相濾波器組的信道化接收機(jī)原理框圖 抗混疊濾波器特性抗混疊濾波器特性 偵察信號(hào)的中心位置為 f0 1065KHz 通帶截止頻率 fc 1605KHz 阻帶起始頻率 fa 2089KHz j eX KHz f 525160552516051065O20891065O2089 ADC與采樣頻率選擇與采樣頻率選擇 根據(jù)低通采樣定理 采樣頻率應(yīng)為fs 2fmax fs 6144KHz 2 2089KHz 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 將整個(gè)偵察頻段的中心搬移到零頻率位置 fc 540K fa 1024K fs 6144K 6fa 因此可先通過(guò) 抽取降低處理信號(hào)的采樣速率 抽取因子D為 j eX KHz f 540540540540O O 0 1 2 539 1079 10241024 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 低通濾波器的設(shè)計(jì) 通帶截止頻率 fc 540K 阻帶起始頻率 fa 1024K 通帶 阻帶紋波系數(shù)均為 0 001 Kaiser窗函數(shù) 則濾波器的階數(shù)N為 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 多相濾波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低通濾波器 濾波器的階數(shù)取為48 分為3相 則每相支路的濾波器的長(zhǎng)度減少為16個(gè) 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 數(shù)字下變頻器原理框圖 LPFLPF LPFLPF 3 3 3 3 sin 0n cos 0n nx 3 nxI 3 nxQ 數(shù)字下變頻數(shù)字下變頻 3倍抽取后偵察信號(hào)的頻譜 多相濾波器組多相濾波器組 各信道為間隔均勻的1KHz窄帶信號(hào) 偵察頻率范圍內(nèi)的信道數(shù)為1080個(gè) 多相濾波器輸入樣本速率為 2048KHz 取D為2048 多相濾波器組的通道數(shù)K為2048 利用均勻?yàn)V波器組的整數(shù)頻帶抽取整數(shù)頻帶抽取 多相濾波器組設(shè)計(jì)多相濾波器組設(shè)計(jì) 偵察頻率范圍的信道參數(shù) 偵察有無(wú)信號(hào) 信號(hào)略有損失 j eX O O KHz 1 f5 0 1 5 0 1 多相濾波器組設(shè)計(jì)多相濾波器組設(shè)計(jì) 濾波器參數(shù)設(shè)計(jì) 通帶截止頻率 阻帶起始頻率 通帶 阻帶紋波系數(shù) 濾波器階數(shù)N為 則每相濾波器的長(zhǎng)度為N D約為8 j eX KHz 1 f75 0 25 0 4096 4096 3 多相濾波器組的原理框圖多相濾波器組的原理框圖 原理框圖 2048 2048 2048點(diǎn) DFT 2048點(diǎn) DFT 20 zE 2048 2048 21 zE 1 z 1 z 2048 2048 21 zEK 1 zX K j eW 2 20 zY 22 zY 21 zYK 0 j eY K 2048 1 f 2 3 2 1 j K eY K 2048 1 f 2 3 2 作業(yè)三作業(yè)三3 作業(yè)三作業(yè)三 闡述智能天線用于移動(dòng)通信系統(tǒng)用戶(hù)定位原理闡述智能天線用于移動(dòng)通信系統(tǒng)用戶(hù)定位原理 和系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 和系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 應(yīng)用背景應(yīng)用背景 智能天線的高分辨能力和強(qiáng)抗干擾能力 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 確定移動(dòng)臺(tái)所處的小區(qū) 通過(guò)兩個(gè)或多個(gè)基站聯(lián)合處理的智能天線系統(tǒng) 可將用戶(hù)終端定位到一個(gè)較小區(qū)域 定位精度 更高 美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì) FCC 要求有無(wú)線緊 急呼叫的功能 并且可達(dá)到125m的定位精度 問(wèn)題分析問(wèn)題分析 定位原理 系統(tǒng)框圖 定位系統(tǒng)分類(lèi)定位系統(tǒng)分類(lèi) 定向系統(tǒng) 定距系統(tǒng) 距離定位系統(tǒng) 距離和定位系統(tǒng) 橢圓型定位系統(tǒng) 距離差定位系統(tǒng) 雙曲型定位系統(tǒng) 技術(shù)基礎(chǔ) 定向 DOA估計(jì) 定距 TOA和TDOA估計(jì) 定向系統(tǒng)定向系統(tǒng) 通過(guò)測(cè)量信源信號(hào)的DOA 來(lái)估計(jì)移動(dòng)用戶(hù)的位置 1 S 2 S 3 S 移動(dòng)用戶(hù)移動(dòng)用戶(hù) 距離定位系統(tǒng)距離定位系統(tǒng) 通過(guò)測(cè)量波達(dá)時(shí)間 TOA 來(lái)測(cè)量手機(jī)和一組基 站間的絕對(duì)距離 而對(duì)手機(jī)用戶(hù)進(jìn)行定位 測(cè)量手機(jī)和基站間信號(hào)傳播的波達(dá)時(shí)間 TOA 計(jì)算手機(jī)用戶(hù)和基站間的傳播距離 利用多個(gè)基站接收機(jī)的距離測(cè)量結(jié)果 尋找的球面的公 共交點(diǎn)進(jìn)行定位 距離定位系統(tǒng)距離定位系統(tǒng) 定位原理示意圖 N個(gè)距離測(cè)量結(jié)果 已知基站位置坐標(biāo) 信源 坐標(biāo)三者的數(shù)學(xué)關(guān)系為可表示為一個(gè)方程組 1 S 2 S 3 S 3 R 2 R 1 R 移動(dòng)用戶(hù) x y z 移動(dòng)用戶(hù) x y z X Y Z 距離定位系統(tǒng)距離定位系統(tǒng) 距離定位系統(tǒng)的特點(diǎn) 精確測(cè)量 信源和基站的時(shí)鐘必須嚴(yán)格嚴(yán)格同步同步 定位精度依賴(lài)于系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu) 距離和定位系統(tǒng)距離和定位系統(tǒng) 利用多個(gè)基站接收機(jī)的距離和測(cè)量結(jié)果 尋找 多個(gè)橢球面的交點(diǎn) 從而移動(dòng)用戶(hù)定位 距離和與基站接收機(jī)間的TOA關(guān)系為 1 S 2 S 3 S 移動(dòng)用戶(hù)移動(dòng)用戶(hù) x x y y z z 1 R 2 R 3 R 距離和定位系統(tǒng)距離和定位系統(tǒng) N個(gè)距離和測(cè)量結(jié)果 已知基站位置坐標(biāo) 信 源坐標(biāo)三者的數(shù)學(xué)關(guān)系為可表示為一個(gè)方程組 信源位置可由3個(gè)或更多的橢球面交點(diǎn)確定 距離差定位系統(tǒng)距離差定位系統(tǒng) 利用多個(gè)基站接收機(jī)的距離差測(cè)量結(jié)果得到的 相交雙曲面而對(duì)信源定位 TDOA估計(jì)將信源的可能位置限制在以接收機(jī) 為焦點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)雙曲面上 移動(dòng)用戶(hù) x y z 移動(dòng)用戶(hù) x y z 1 S 2 S 3 S 1 R 2 R 3 R 距離差定位系統(tǒng)距離差定位系統(tǒng) 距離差Rij與基站接收機(jī)間的TDOA 波達(dá)時(shí) 間差 關(guān)系為 N個(gè)距離和測(cè)量結(jié)果 已知基站位置坐標(biāo) 信 源坐標(biāo)三者的數(shù)學(xué)關(guān)系為可表示為一個(gè)方程組 信源位置可由3個(gè)或更多的雙曲面交點(diǎn)確定 距離差定位系統(tǒng)距離差定位系統(tǒng) 距離差定位的優(yōu)點(diǎn) TDOA法的優(yōu)點(diǎn) TOA法 精確知道信源發(fā)射時(shí)間 無(wú)需信源和接收機(jī)間保持嚴(yán)格的時(shí)鐘同步 能夠消除或減小接收機(jī)普遍存在的時(shí)延誤差 當(dāng)前移動(dòng)通信定位系統(tǒng)的主流技術(shù) 智能天線定位系統(tǒng)的原理框圖智能天線定位系統(tǒng)的原理框圖 基于多通道 多波束形成的軟件無(wú)線電智能天 線結(jié)構(gòu) P163 對(duì)其進(jìn)行改造 可實(shí)現(xiàn)定向定位 定距定位以 及聯(lián)合定位 多多通道多通道多波束波束形成智能形成智能天線結(jié)構(gòu)天線結(jié)構(gòu) 具有定位功能的智能天線框圖具有定位功能的智能天線框圖 模擬 前端 模擬 前端 A DA D 信道 分離 1 信道 分離 1 信道1 多波束 形成 信道1 多波束 形成 模擬 前端 模擬 前端 A DA D 信道 分離 N 信道 分離 N 信道L 多波束 形成 信道L 多波束 形成 TOA TDOA 估計(jì) TOA TDOA 估計(jì) 解調(diào)器解調(diào)器 定位算法定位算法 定距定位定距定位 定位信息定位信息 TOA TDOA 估計(jì) TOA TDOA 估計(jì) 定位算法定位算法 解調(diào)器解調(diào)器