第一講軟件無線電技術(shù)基礎(chǔ)

1、第一講：軟件無線電技術(shù)基礎(chǔ) 主講人：王堅(jiān)主講人：王堅(jiān)1、通信是人類文明和進(jìn)步的推動力、通信是人類文明和進(jìn)步的推動力 200年以前現(xiàn)代文明還未啟動，人類已經(jīng)進(jìn)行大年以前現(xiàn)代文明還未啟動，人類已經(jīng)進(jìn)行大 量遠(yuǎn)距離通信的探索，看看遠(yuǎn)古的烽火臺吧！量遠(yuǎn)距離通信的探索，看看遠(yuǎn)古的烽火臺吧！2、無線電的誕生、無線電的誕生Benjamin Franklin (1706-1790)Alexander Graham BellJ. C. Maxwell (1831-1879)GuglielmoMarconin廣播與電視（廣播與電視（DAB/DVB等）等）n軍用電臺（包括海軍用電臺（包括海/陸陸/空三軍專用電臺、海

2、基空三軍專用電臺、?；娕_、陸航電臺等）電臺、陸航電臺等）n無線對講機(jī)終端和基站（無線對講機(jī)終端和基站（“沙漠風(fēng)暴沙漠風(fēng)暴”行動使行動使用用35000部對講機(jī)和集群手機(jī)）部對講機(jī)和集群手機(jī)）n移動通信終端和基站（民用）移動通信終端和基站（民用）n數(shù)據(jù)鏈終端和基站（數(shù)據(jù)鏈終端和基站（LINK4/11/16/22，衛(wèi)星鏈，衛(wèi)星鏈路，路，VDL1/2/4等）等）n雷達(dá)系統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng) n“沙漠風(fēng)暴沙漠風(fēng)暴”行動和格林納達(dá)沖突，美軍各種通行動和格林納達(dá)沖突，美軍各種通信設(shè)備的不兼容性暴露無疑，不得不借助許多額信設(shè)備的不兼容性暴露無疑，不得不借助許多額外的無線電臺，才能保障高效的通信聯(lián)絡(luò)。外的無線電臺，才能

3、保障高效的通信聯(lián)絡(luò)。n矛盾的核心：矛盾的核心：nJoseph Mitola提出的軟件無線電概念的中心思提出的軟件無線電概念的中心思想是：想是： n技術(shù)數(shù)字化技術(shù)數(shù)字化n平臺通用化平臺通用化n功能虛擬化功能虛擬化n結(jié)構(gòu)總線化模塊化結(jié)構(gòu)總線化模塊化n控制網(wǎng)絡(luò)化控制網(wǎng)絡(luò)化n體系標(biāo)準(zhǔn)化體系標(biāo)準(zhǔn)化n半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展是高速、高精度半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展是高速、高精度AD成為可能：成為可能：nAD轉(zhuǎn)換頻率達(dá)到數(shù)十轉(zhuǎn)換頻率達(dá)到數(shù)十GHz；n數(shù)字化的系統(tǒng)優(yōu)勢數(shù)字化的系統(tǒng)優(yōu)勢n系統(tǒng)的程控能力系統(tǒng)的程控能力n可大大提高精度可大大提高精度n便于大規(guī)模集成便于大規(guī)模集成n可靠性和可重復(fù)性可靠性和可重復(fù)性n虛擬特性與升級虛擬特性與

4、升級n特殊應(yīng)用：有些應(yīng)用只有數(shù)字系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)特殊應(yīng)用：有些應(yīng)用只有數(shù)字系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)n電子產(chǎn)品的通用結(jié)構(gòu)電子產(chǎn)品的通用結(jié)構(gòu)n高速高速ADC/DAC + DSP + FPGAn高速高速ADC/DAC完成數(shù)字化處理完成數(shù)字化處理nFPGA完成數(shù)字前端的高數(shù)據(jù)速率的實(shí)時處理，實(shí)完成數(shù)字前端的高數(shù)據(jù)速率的實(shí)時處理，實(shí)現(xiàn)各信道的信息提取，以及降低數(shù)據(jù)率的變采樣現(xiàn)各信道的信息提取，以及降低數(shù)據(jù)率的變采樣信號處理信號處理nDSP完成特定信道的信息處理，提取業(yè)務(wù)信息，實(shí)完成特定信道的信息處理，提取業(yè)務(wù)信息，實(shí)現(xiàn)無線電功能?，F(xiàn)無線電功能。DSPFPGAARMRFADDA信號接收信號接收發(fā)送接口發(fā)送接口JTAG仿真

5、端口仿真端口功功能能擴(kuò)擴(kuò)展展接接口口n采用通用結(jié)構(gòu)，功能軟件定義！采用通用結(jié)構(gòu)，功能軟件定義！n虛擬化的概念：如虛擬儀器虛擬化的概念：如虛擬儀器 ？n功能虛擬化的發(fā)展帶來功能虛擬化的發(fā)展帶來 軟件化的轉(zhuǎn)變軟件化的轉(zhuǎn)變n模擬電臺向軟件定義的數(shù)字電臺、軟件編程電模擬電臺向軟件定義的數(shù)字電臺、軟件編程電臺、軟件定義電臺轉(zhuǎn)化；臺、軟件定義電臺轉(zhuǎn)化；n軟件無線電結(jié)構(gòu)體現(xiàn)兩大特點(diǎn)：軟件無線電結(jié)構(gòu)體現(xiàn)兩大特點(diǎn)：n采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)（包括串行、并行、采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)（包括串行、并行、網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)等）網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)等）n采用模塊化劃分和實(shí)現(xiàn)功能，功能定義標(biāo)準(zhǔn)化、采用模塊化劃分和實(shí)現(xiàn)功能，功能定義標(biāo)準(zhǔn)

6、化、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)/尺寸尺寸/電氣接口規(guī)范化，來保障功能模塊電氣接口規(guī)范化，來保障功能模塊開發(fā)的開放性與可移植性開發(fā)的開放性與可移植性 n數(shù)字化技術(shù)能大大提升系統(tǒng)精度、可靠性，改善數(shù)字化技術(shù)能大大提升系統(tǒng)精度、可靠性，改善抗干擾能力，帶來了電臺數(shù)字化的革命抗干擾能力，帶來了電臺數(shù)字化的革命n數(shù)字化電臺（數(shù)字化電臺（Digital Radio）的特征：）的特征：n數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)模擬功能目的是提高可靠性、數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)模擬功能目的是提高可靠性、精度等精度等n一般采用視頻數(shù)字化（基帶低頻采樣）一般采用視頻數(shù)字化（基帶低頻采樣）n針對特定功能設(shè)計(jì)數(shù)字方案，是一種特定實(shí)現(xiàn)，針對特定

7、功能設(shè)計(jì)數(shù)字方案，是一種特定實(shí)現(xiàn)，沒有靈活性，單實(shí)現(xiàn)的效率高沒有靈活性，單實(shí)現(xiàn)的效率高移動通信中軟件無線電結(jié)構(gòu)發(fā)展移動通信中軟件無線電結(jié)構(gòu)發(fā)展 n模擬時代到數(shù)字時代模擬時代到數(shù)字時代DR基于基于DR思想：單模式思想：單模式/單波段，基帶采樣單波段，基帶采樣收收/發(fā)發(fā)開關(guān)開關(guān)射頻射頻處理處理下下變頻變頻中頻中頻處理處理下下變頻變頻基帶基帶數(shù)字化處理數(shù)字化處理I/O 基帶基帶ADCFPGA/DSP處理處理DAC轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換鍵盤鍵盤/麥克風(fēng)麥克風(fēng)/揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器/顯示器等顯示器等2、一般的軟件編程無線電、一般的軟件編程無線電SPR概念概念 n一般軟件編程無線電一般軟件編程無線電 (SPR) 的定義：使用軟

8、件的定義：使用軟件技術(shù)來處理數(shù)字化的無線電信號技術(shù)來處理數(shù)字化的無線電信號nSPR (Software Programming Radio) 特征：特征：n核心的無線電硬件平臺是計(jì)算平臺，如核心的無線電硬件平臺是計(jì)算平臺，如通用可編程通用可編程DSP或或CPU等等n一般采用中頻數(shù)字化（一般采用中頻數(shù)字化（IF帶通采樣技術(shù)）帶通采樣技術(shù)）n軟件來定義功能，包括信源處理、信道處理、軟件來定義功能，包括信源處理、信道處理、調(diào)制解調(diào)等調(diào)制解調(diào)等收收/發(fā)發(fā)開關(guān)開關(guān)中頻中頻處理處理下下變頻變頻基帶數(shù)字化基帶數(shù)字化/模擬處理模擬處理I/O 中頻中頻ADCDSP處理處理數(shù)字?jǐn)?shù)字TDMA高速高速DAC射頻射頻處

9、理處理下下變頻變頻射頻射頻處理處理下下變頻變頻射頻射頻處理處理下下變頻變頻射頻射頻處理處理下下變頻變頻RF:869894MHzRF:19301990MHzRF:18051880MHzRF:935960MHz下變頻下變頻DSP處理處理數(shù)字?jǐn)?shù)字GSM數(shù)字處理數(shù)字處理CDMA鍵盤鍵盤/麥克風(fēng)麥克風(fēng)/揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器/顯示器等顯示器等四波段四波段四模式四模式移動通信中軟件無線電結(jié)構(gòu)發(fā)展移動通信中軟件無線電結(jié)構(gòu)發(fā)展 n軟件定義無線電軟件定義無線電 (SDR) 的定義：其數(shù)字化是在天的定義：其數(shù)字化是在天線端（或者非常接近）進(jìn)行，無線電所需要的所線端（或者非常接近）進(jìn)行，無線電所需要的所有處理通過駐留在高速數(shù)

10、字信號處理單元中的軟有處理通過駐留在高速數(shù)字信號處理單元中的軟件來實(shí)現(xiàn)理想的軟件無線電件來實(shí)現(xiàn)理想的軟件無線電nSDR (Software Defined Radio) 的特征：的特征：n數(shù)字化是在天線端（或者非常接近）進(jìn)行數(shù)字化是在天線端（或者非常接近）進(jìn)行n大動態(tài)范圍大動態(tài)范圍n多波段多波段n多模式多模式n軟件不僅定義處理功能，也定義結(jié)構(gòu)、模式和波段軟件不僅定義處理功能，也定義結(jié)構(gòu)、模式和波段3、SPR向軟件定義無線電向軟件定義無線電SR轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換收收/發(fā)發(fā)開關(guān)開關(guān)中頻中頻處理處理I/O 中頻中頻ADC軟件定義軟件定義無線電無線電處理引擎處理引擎高速高速DAC射頻射頻處理處理下下變頻變頻射頻

11、射頻處理處理下下變頻變頻射頻射頻處理處理下下變頻變頻射頻射頻處理處理下下變頻變頻RF:869894MHzRF:19301990MHzRF:18051880MHzRF:935960MHz鍵盤鍵盤/麥克風(fēng)麥克風(fēng)/揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器/顯示器等顯示器等移動通信中軟件無線電結(jié)構(gòu)發(fā)展移動通信中軟件無線電結(jié)構(gòu)發(fā)展 n自適應(yīng)智能軟件無線電自適應(yīng)智能軟件無線電 ( AI-SR ) 的定義：具有自的定義：具有自適應(yīng)能力，以達(dá)到提高性能和適應(yīng)能力，以達(dá)到提高性能和/或頻譜利用率的軟或頻譜利用率的軟件無線電件無線電nAI (Adaptive intelligence) -SR 的特征：的特征：n基于對周圍無線環(huán)境的感知交互

12、作用，而自動基于對周圍無線環(huán)境的感知交互作用，而自動改變發(fā)送和接收參數(shù)。改變發(fā)送和接收參數(shù)。n通過分析外部環(huán)境提供的激勵來認(rèn)識它通信任通過分析外部環(huán)境提供的激勵來認(rèn)識它通信任務(wù)的內(nèi)容，通過對接收和發(fā)送的多媒體內(nèi)容進(jìn)務(wù)的內(nèi)容，通過對接收和發(fā)送的多媒體內(nèi)容進(jìn)行分析，選擇適當(dāng)?shù)慕鉀Q方式行分析，選擇適當(dāng)?shù)慕鉀Q方式認(rèn)知性認(rèn)知性n軟件無線電模式、能力和參數(shù)的自適應(yīng)修改軟件無線電模式、能力和參數(shù)的自適應(yīng)修改動態(tài)配置動態(tài)配置4、自適應(yīng)智能軟件無線電、自適應(yīng)智能軟件無線電AI-SR 移動通信中軟件無線電結(jié)構(gòu)發(fā)展移動通信中軟件無線電結(jié)構(gòu)發(fā)展 收收/發(fā)發(fā)開關(guān)開關(guān)I/O 超高頻超高頻寬帶寬帶ADC軟件定義軟件定義無線電無線電處理引擎處理引擎超高速超高速多路多路DAC智能智能寬帶寬帶RF前端前端RF:869894MHzRF:19301990MHzRF:18051