軟件無線電原理與應(yīng)用第3版 課件 第4-6章 軟件無線電硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)、軟件無線電信號(hào)處理算法、信道編譯碼技術(shù)

軟件無線電原理與應(yīng)用（第三版）軟件無線電硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)第四章高等學(xué)校電子信息類精品教材01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則軟件無線電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則包括硬件設(shè)計(jì)原則和軟件設(shè)計(jì)原則兩部分，兩部分設(shè)計(jì)原則的出發(fā)點(diǎn)和膠合點(diǎn)是軟件通信體系結(jié)構(gòu)(SCA)規(guī)范。硬件設(shè)計(jì)的原則概括來說有以下兩條：●基于硬件體系結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)原則；●基于標(biāo)準(zhǔn)總線設(shè)計(jì)原則。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則1.軟件無線電硬件體系結(jié)構(gòu)簡介所謂體系結(jié)構(gòu)是指組成系統(tǒng)各部件的結(jié)構(gòu)、它們之間的關(guān)系以及制約它們?cè)O(shè)計(jì)隨時(shí)間演進(jìn)的原則和指南。按照軟件無線電各功能模塊的連接方式劃分，目前，硬件體系結(jié)構(gòu)可分為以下四種:●流水式硬件體系結(jié)構(gòu)；●總線式硬件體系結(jié)構(gòu)；●交換式網(wǎng)絡(luò)硬件體系結(jié)構(gòu)；●基于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的硬件體系結(jié)構(gòu)。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則1.軟件無線電硬件體系結(jié)構(gòu)簡介(1)流水式硬件體系結(jié)構(gòu)流水式硬件體系結(jié)構(gòu)如圖4.1所示，包括寬帶多頻段天線、射頻(RF)部分、寬帶ADC和DAC、DDC和DUC以及數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則1.軟件無線電硬件體系結(jié)構(gòu)簡介(2)總線式硬件體系結(jié)構(gòu)總線式軟件無線電結(jié)構(gòu)中，各功能單元通過總線連接起來，并通過總線交換數(shù)據(jù)和控制命令，總線式硬件體系結(jié)構(gòu)如圖4.2所示。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則1.軟件無線電硬件體系結(jié)構(gòu)簡介(3)交換式硬件體系結(jié)構(gòu)交換式硬件體系結(jié)構(gòu)是一種基于交換網(wǎng)絡(luò)的軟件無線電結(jié)構(gòu)，如圖4.3所示。該結(jié)構(gòu)通過交換網(wǎng)絡(luò)和適配器為各功能模塊提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信服務(wù)。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則1.軟件無線電硬件體系結(jié)構(gòu)簡介(4)基于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的硬件體系結(jié)構(gòu)基于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的硬件體系結(jié)構(gòu)由可編程前端、交換網(wǎng)絡(luò)和并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，如圖4.4所示。用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成計(jì)算機(jī)群作為運(yùn)算平臺(tái)，用消息傳遞實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)間的互聯(lián)，用協(xié)同計(jì)算方案軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則2.標(biāo)準(zhǔn)總線簡介軟件無線電只有采用先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，才能發(fā)揮其適應(yīng)性廣、升級(jí)換代簡便的特點(diǎn)。所以，軟件無線電硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)基于主流的標(biāo)準(zhǔn)總線，這樣的好處是顯而易見的，主要是通用、設(shè)計(jì)難度降低、實(shí)現(xiàn)簡單、可貨架式采購和搭建、成本相對(duì)較低等。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則目前，主流標(biāo)準(zhǔn)總線有VME系列和PCI系列兩大類，其發(fā)展歷程如表4-2所示。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則兩大標(biāo)準(zhǔn)為多種主流的互連協(xié)議制定了各自的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如表4-3所示。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則VME總線標(biāo)準(zhǔn)一直在發(fā)展，從最初的VME32,發(fā)展到VME64、VME2eSST、VXS,直至目前最新一代的總線標(biāo)準(zhǔn)——VPX。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則表4-4列出了VPX系列、VME64x和VITA41(VXS)等標(biāo)準(zhǔn)的功能和性能情況。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)為保證大量數(shù)據(jù)的傳輸，軟件無線電系統(tǒng)必須具有極高的數(shù)據(jù)交換和I/O吞吐能力，傳輸網(wǎng)絡(luò)的鏈路傳輸速率應(yīng)該達(dá)到10Gbps級(jí)以上。②系統(tǒng)架構(gòu)單板級(jí)：射頻模擬前端、A/D板、D/A板、信號(hào)處理板、數(shù)據(jù)處理板等；通道級(jí)：多個(gè)從天線到處理板再到天線的完整通道合成與分離；單機(jī)級(jí)：多個(gè)單機(jī)伸縮性要求。③支持多處理器系統(tǒng)由于軟件無線電系統(tǒng)是在射頻或中頻上對(duì)寬帶通道進(jìn)行連續(xù)不斷的采樣(包括接收和發(fā)射),需要對(duì)高速數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，運(yùn)算量非常大，因此要求極高的處理速度，目前單片數(shù)字信號(hào)處理芯片一般難以勝任，需要多片數(shù)字信號(hào)處理芯片同時(shí)并行處理，軟件無線電硬件系統(tǒng)應(yīng)能保證多處理器的并行處理，共享系統(tǒng)資源。①1.軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有良好的機(jī)械和電磁兼容特性能夠在惡劣的環(huán)境(包括溫度、沖擊、振動(dòng)、氣壓、濕度等極端情況)中正常工作。⑤系統(tǒng)功能可重構(gòu)系統(tǒng)通過加載不同的軟件進(jìn)行功能重構(gòu)。④1.軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(1)軟件無線電硬件系統(tǒng)數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)軟件無線電硬件系統(tǒng)數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)承載著系統(tǒng)重構(gòu)性、伸縮性、通用性和實(shí)時(shí)性的實(shí)現(xiàn)。通過它可以：完成所有數(shù)字信號(hào)處理功能；運(yùn)算資源集中控制、統(tǒng)一調(diào)度、并行/串聯(lián)同步工作；系統(tǒng)資源按需分配、有效共享；滿足原始數(shù)據(jù)/中間數(shù)據(jù)/結(jié)果數(shù)據(jù)從源地址無障礙、實(shí)時(shí)地傳輸?shù)侥繕?biāo)地址；數(shù)據(jù)的高速輸入、輸出。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(2)軟件無線電硬件系統(tǒng)數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)軟件無線電硬件系統(tǒng)的數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)集中體現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)體制。首先，體現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)的開放性，這一點(diǎn)通過開放的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)；其次是通用性，即傳輸網(wǎng)絡(luò)的物理層應(yīng)該通用，要有足夠的包容能力。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(3)軟件無線電硬件系統(tǒng)數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議目前主流的高速傳輸技術(shù)(協(xié)議)有PCIExpress(PCI-E)、RapidIO、InfiniBand、FibreChannel(光纖通道)和Ethernet(以太網(wǎng))等。各種傳輸技術(shù)目前的應(yīng)用情況如圖4.10所示。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PCIExpress的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須是樹狀的，如圖4.11所示，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)于系統(tǒng)的伸縮性有一定的影響。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.軟件無線電硬件系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理架構(gòu)軟件無線電硬件系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理架構(gòu)主要涉及FPGA、DSP和GPP等器件。FPGA、DSP和GPP是目前主流的數(shù)字信號(hào)處理器件，各有特點(diǎn)，如表4-5所示。軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)01軟件無線電硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.軟件無線電硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)圖4.7所示，基于全交換的軟件無線電硬件系統(tǒng)包括可重構(gòu)天線陣、可重構(gòu)射頻前端、可重構(gòu)A/D/A,可重構(gòu)數(shù)字信號(hào)處理和重構(gòu)控制五部分。02軟件無線電的射頻前端軟件無線電的射頻前端02射頻前端的組成結(jié)構(gòu)射頻前端有三種結(jié)構(gòu)：多次變頻的超外差結(jié)構(gòu)、直接變換的零中頻結(jié)構(gòu)、不變頻結(jié)構(gòu)。前兩種前端結(jié)構(gòu)適用于寬帶中頻采樣的軟件無線電體制，不變頻前端結(jié)構(gòu)則適用于射頻低通、射頻帶通采樣的軟件無線電體制。多次變頻的超外差射頻前端結(jié)構(gòu)如圖4.13所示。軟件無線電的射頻前端02射頻前端的組成結(jié)構(gòu)軟件無線電的射頻前端02射頻前端的組成結(jié)構(gòu)超外差的射頻前端結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是：①靈敏度高(由于有預(yù)選濾波器和信道濾波器);②總增益被分配到工作在不同頻率的多級(jí)放大器上，降低了放大器的設(shè)計(jì)難度；③實(shí)信號(hào)變頻只在一個(gè)固定頻率上進(jìn)行，對(duì)本振的相位和幅度平衡沒有要求。軟件無線電的射頻前端02射頻前端的組成結(jié)構(gòu)其主要缺點(diǎn)是：①復(fù)雜程度高；②需要多個(gè)本地振蕩器；③鏡頻信號(hào)干擾的抑制比較困難，需要特殊的中頻(IF)濾波器，很難用單片集成電路實(shí)現(xiàn)超外差接收機(jī)。圖4.14給出一個(gè)實(shí)際超外差射頻前端的例子。軟件無線電的射頻前端02射頻前端的組成結(jié)構(gòu)軟件無線電的射頻前端02射頻前端的組成結(jié)構(gòu)直接變換的射頻前端結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是：①把射頻信號(hào)直接混至基帶，輸出端不會(huì)出現(xiàn)鏡頻信號(hào)；②只要求簡單的濾波；③容易實(shí)現(xiàn)電路集成。軟件無線電的射頻前端02射頻前端的組成結(jié)構(gòu)主要缺點(diǎn)是：①本振泄露較嚴(yán)重，即本地振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)容易通過低噪聲放大器反向泄露到RF端口，通過天線輻射出去；②由于為零中頻，任何直流偏移都無法從有用信號(hào)中分離出來，而且較大的直流電平，容易使后端飽和；③如果同相、正交兩路的平衡性不好，將嚴(yán)重影響接收機(jī)的性能。軟件無線電的射頻前端02射頻前端的組成結(jié)構(gòu)軟件無線電的射頻前端02射頻前端的組成結(jié)構(gòu)不變頻的射頻前端結(jié)構(gòu)如圖4.16所示。軟件無線電的射頻前端02射頻前端各功能模塊的設(shè)計(jì)混頻器(Mixer)混頻器是將輸入的兩個(gè)不同信號(hào)的頻率進(jìn)行相加或相減運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻率搬移?；祛l器主要有兩類：無源混頻器(比如二極管)、有源混頻器(采用有增益的器件，比如，雙極性晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管)。2本地振蕩器(LocalOscillator)與混頻器緊密相關(guān)的一個(gè)器件是頻率源(本地振蕩器)。頻率源最重要的參數(shù)是相位噪聲(相噪)。3濾波器(Filter)射頻濾波器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的預(yù)濾波，并提高接收模塊和發(fā)射模塊之間的隔離度。濾波器的種類很多，主要有LC濾波器、晶體濾波器、陶瓷濾波器、機(jī)械濾波器等。1軟件無線電的射頻前端02射頻前端各功能模塊的設(shè)計(jì)功率放大器(PowerAmplifier)軟件無線電必須能滿足各種通信體制的功率放大要求，需具有較寬的發(fā)射帶寬，特別是對(duì)效率、線性、雜散輻射等性能要求較高。5放大器(Amplifier)放大是整個(gè)前端電路中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于軟件無線電的接收通道是寬帶的，甚至是寬開的，通帶內(nèi)的信號(hào)可能有很多。4軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)射頻前端的技術(shù)指標(biāo)很多，主要有噪聲系數(shù)、二階截點(diǎn)值、三階截點(diǎn)值、動(dòng)態(tài)范圍、鏡頻抑制、本振反向輻射等。軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)1.噪聲系數(shù)(Noisefactor)噪聲系數(shù)表明了一個(gè)模塊或一個(gè)網(wǎng)絡(luò)固有的噪聲影響，說明通過這些模塊、網(wǎng)絡(luò)時(shí)，信號(hào)的信噪比降低的程度。軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)2.靈敏度(Sensitivity)在介紹靈敏度之前，先來討論一下最小可檢測(cè)電平。最小可檢測(cè)電平(MinimumDetectableSignal,MDS)對(duì)接收機(jī)來說是一個(gè)很重要的參數(shù)，它表征了系統(tǒng)可檢測(cè)的最弱信號(hào)。軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)3.截點(diǎn)值(InterceptPoint)表征接收機(jī)、發(fā)射機(jī)非線性性能的指標(biāo)很多，比如有1dB壓縮點(diǎn)、二階截點(diǎn)值、三階截點(diǎn)值等。軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)4.動(dòng)態(tài)范圍(DynamicRange,DR)動(dòng)態(tài)范圍是指接收機(jī)在達(dá)到規(guī)定的信息質(zhì)量下，能處理的信號(hào)電平范圍。在數(shù)字通信中，信息質(zhì)量常用誤比特率來表示。動(dòng)態(tài)范圍可以用1dB壓縮點(diǎn)與系統(tǒng)噪聲電平之差來表示，如圖4.33所示。該動(dòng)態(tài)范圍也稱1dB增益壓縮點(diǎn)動(dòng)態(tài)范圍。軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)5.無虛假動(dòng)態(tài)范圍(Spur-FreeDynamicRange,SFDR)無虛假動(dòng)態(tài)范圍與三階互調(diào)抑制比很類似。無虛假動(dòng)態(tài)范圍是指失真產(chǎn)物等于噪聲功率時(shí)，基波功率與噪聲功率之差，如圖4.34所示。軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)6.虛假響應(yīng)混頻器要把射頻信號(hào)變頻至中頻信號(hào)(IF),如果是上變頻則選擇(fRF+fLO),下變頻則選擇(fRF-fLO)或(fLO-fRF)。軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)7.舉例下面我們通過一個(gè)例子，來說明多個(gè)級(jí)聯(lián)模塊(見圖4.37)的總噪聲系數(shù)、三階截點(diǎn)值、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍等指標(biāo)的計(jì)算方法。軟件無線電的射頻前端02射頻前端的指標(biāo)03軟件無線電中的A/D/A技術(shù)軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器原理與分類1.逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器逐次比較(SA)式A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用范圍很廣，它可以用較低的成本得到很高的分辨率和采樣速率。其通過速率可達(dá)到1MHz以上，轉(zhuǎn)換位數(shù)可達(dá)到16位或更多。軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器原理與分類三級(jí)標(biāo)題軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器原理與分類2.并行式A/D轉(zhuǎn)換器并行式A/D轉(zhuǎn)換器的功能框圖如4.40所示。模擬信號(hào)同時(shí)輸入到2~-1個(gè)帶鎖存的比較器中，每一個(gè)比較器的參考電壓都比下一個(gè)的參考電壓高出一個(gè)LSB所代表的電壓值。軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器原理與分類三級(jí)標(biāo)題軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器原理與分類3.子區(qū)式A/D轉(zhuǎn)換器子區(qū)式(Subranging)A/D轉(zhuǎn)換器功能框圖如圖4.41所示。以8位(bit)轉(zhuǎn)換器為例，首先用第一片并行式A/D轉(zhuǎn)換器(優(yōu)于8位精度)數(shù)字化出高4位。軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器原理與分類三級(jí)標(biāo)題軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器原理與分類4.∑-△A/D轉(zhuǎn)換器∑-△(總和增量)ADC是一種過采樣量化器，其利用過采樣、噪聲整形、數(shù)字濾波等手段來提高數(shù)字化性能。通信信號(hào)對(duì)靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍要求高，而帶寬相對(duì)較窄，所以可以實(shí)現(xiàn)很高的過采樣速率，達(dá)到很高的量化信噪比。軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器原理與分類三級(jí)標(biāo)題軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器原理與分類三級(jí)標(biāo)題軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)(1)轉(zhuǎn)換靈敏度軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)（2）信噪比軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)(3)有效轉(zhuǎn)換位數(shù)由于A/D轉(zhuǎn)換部件不能做到完全線性，總會(huì)存在零點(diǎn)幾位乃至一位的精度損失，從而影響A/D的實(shí)際分辨率，降低了A/D的轉(zhuǎn)換位數(shù)。軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)(4)孔徑誤差孔徑誤差是由于模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)需要一定的時(shí)間來完成采樣、量化、編碼等工作而引起的。軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)(5)無雜散動(dòng)態(tài)無雜散動(dòng)態(tài)(SpuriousFreeDynamicRange,SFDR)是指在第一奈奎斯特區(qū)內(nèi)測(cè)得信號(hào)幅度的有效值與最大雜散分量有效值之比的分貝數(shù)。軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)(6)動(dòng)態(tài)范圍軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)(7)非線性誤差非線性誤差是指A/D轉(zhuǎn)換器理論轉(zhuǎn)換值與其實(shí)際特性之間的差別。非線性誤差又可分為差分非線性(DifferentialNon-Linearity,DNL)誤差和積分非線性(IntegralNon-Linearity,INL)誤差。差分非線性誤差是指，對(duì)于一個(gè)固定的編碼，理論上的量化電平與實(shí)際中最大電平之差，如圖4.47所示。軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)(9)總諧波失真由于A/D器件的非線性，使其輸出的頻譜中出現(xiàn)許多輸入信號(hào)的高次諧波，這些高次諧波分量稱為諧波失真分量。軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03A/D轉(zhuǎn)換器的選擇在軟件無線電的設(shè)計(jì)中，A/D器件的選擇應(yīng)保證軟件無線電功能和性能的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)上面的討論和分析，可以得到以下A/D器件的選擇原則。①采樣速率選擇。②采用分辨率較高的A/D器件。③選擇模擬輸入帶寬寬的A/D器件。④選擇動(dòng)態(tài)范圍大的A/D轉(zhuǎn)換器。⑤根據(jù)環(huán)境條件選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片的環(huán)境參數(shù)，比如功耗、工作溫度。⑥根據(jù)接口特征考慮選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器輸出狀態(tài)。軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)現(xiàn)代高速A/D轉(zhuǎn)換器力求做到低失真、高動(dòng)態(tài)、低功耗。數(shù)字采集系統(tǒng)的性能除了與A/D轉(zhuǎn)換器本身的固有特性外有關(guān)，還與其外圍電路關(guān)系密切。一般的數(shù)字采集系統(tǒng)由放大器，抗混疊濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、RAM、時(shí)鐘等組成，如圖4.50所示。軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理及性能指標(biāo)軟件無線電中的A/D/A技術(shù)03D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理及性能指標(biāo)04軟件無線電數(shù)字前端軟件無線電數(shù)字前端04軟件無線電數(shù)字前端的定義無線電系統(tǒng)前端的概念傳統(tǒng)上一般是指安裝在天線上或天線附近的模擬高頻電路，通過電纜與離天線相當(dāng)遠(yuǎn)的后端連接，常見的如大型衛(wèi)星地球站系統(tǒng)。軟件無線電數(shù)字前端04軟件無線電中的數(shù)字接收前端(數(shù)字下變頻DDC)1.數(shù)字下變頻器組成正如第2章所介紹的，在軟件無線電中，數(shù)字下變頻器一般都采用正交數(shù)字下變頻法實(shí)現(xiàn)，主要包括數(shù)字混頻器、數(shù)字控制振蕩器(NumericallyControlledOsillator,NCO)和低通濾波器三部分組成，重畫如圖4.58所示。軟件無線電數(shù)字前端04軟件無線電中的數(shù)字接收前端(數(shù)字下變頻DDC)軟件無線電數(shù)字前端04軟件無線電中的數(shù)字接收前端(數(shù)字下變頻DDC)2.數(shù)字控制振蕩器工作原理數(shù)字控制振蕩器(數(shù)字控制本地振蕩器)在DDC中相對(duì)來說是最復(fù)雜的，也是決定DDC性能的最主要因素之一，或者說DDC需要一個(gè)高速、高精度的NCO,所以，作為重點(diǎn)進(jìn)行介紹。NCO的目標(biāo)就是產(chǎn)生理想的正弦波和余弦波，更確切地說是產(chǎn)生一個(gè)頻率可變、時(shí)間離散的正弦波和余弦波的數(shù)據(jù)樣本，如式(4-88)、式(4-89)所示。軟件無線電數(shù)字前端04軟件無線電中的數(shù)字接收前端(數(shù)字下變頻DDC)軟件無線電數(shù)字前端04軟件無線電中的數(shù)字發(fā)射前端(數(shù)字上變頻DUC)數(shù)字上變頻器是數(shù)字下變頻器的逆過程，兩者的工作原理、結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)都大同小異，只處理順序剛好相反。數(shù)字上變頻器由成形濾波器、內(nèi)插器、數(shù)字混頻器、數(shù)字控制振蕩器等成。數(shù)字正交上變頻器原理框圖如圖4.60所示。軟件無線電數(shù)字前端04軟件無線電中的數(shù)字發(fā)射前端(數(shù)字上變頻DUC)軟件無線電數(shù)字前端04軟件無線電中的數(shù)字發(fā)射前端(數(shù)字上變頻DUC)數(shù)字上變頻器是數(shù)字下變頻器的逆過程，兩者的工作原理、結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)都大同小異，只處理順序剛好相反。數(shù)字上變頻器由成形濾波器、內(nèi)插器、數(shù)字混頻器、數(shù)字控制振蕩器等成。數(shù)字正交上變頻器原理框圖如圖4.60所示。軟件無線電數(shù)字前端04軟件無線電中的數(shù)字發(fā)射前端(數(shù)字上變頻DUC)1.NCO的FPGA設(shè)計(jì)后續(xù)基帶處理中的信號(hào)解調(diào)對(duì)載波頻偏十分敏感，而頻偏的產(chǎn)生主要由本振的偏差和多普勒頻移所引起的，因此，在數(shù)字前端中，設(shè)計(jì)一個(gè)性能較好的NCO是非常關(guān)鍵的。2.NCO優(yōu)化設(shè)計(jì)相位累加器的位數(shù)N由要求的頻率分辨率決定，而正弦查找表ROM的深度M及寬度W由雜散的要求決定。3.FIR的FPGA設(shè)計(jì)數(shù)字FIR濾波是個(gè)卷積運(yùn)算，即乘法和累加運(yùn)算。因而FIR濾波模塊包括乘法器、加法器、延遲單元以及存儲(chǔ)單元等。軟件無線電數(shù)字前端04軟件無線電數(shù)字前端的ASIC實(shí)現(xiàn)在某些成本、功耗、重量和尺寸等敏感的應(yīng)用中，如無線移動(dòng)通信系統(tǒng)中的基站和移動(dòng)終端(手機(jī)),一般用ASIC來實(shí)現(xiàn)軟件無線電數(shù)字前端單元。隨著需求的不斷增加和技術(shù)的不斷進(jìn)步，ASIC也不斷地向集成數(shù)字基帶處理、ADC、DAC、射頻收發(fā)等更多單元以及從單通道接收、單通道發(fā)射到收發(fā)多通道的方向發(fā)展。軟件無線電數(shù)字前端04軟件無線電數(shù)字前端的ASIC實(shí)現(xiàn)05高速數(shù)字信號(hào)處理器高速數(shù)字信號(hào)處理器05軟件無線電信號(hào)處理的特點(diǎn)(1)性能數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)的性能主要用計(jì)算能力來衡量，軟件無線電在不同的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)計(jì)算能力的需求是不一樣的。(2)模塊化模塊化是軟件無線電系統(tǒng)構(gòu)建的一種標(biāo)準(zhǔn)方式，是主流趨勢(shì)。模塊化可以分為硬件模塊化和軟件模塊化。(3)可擴(kuò)展可擴(kuò)展性就是系統(tǒng)規(guī)模的可伸縮性，允許對(duì)軟件無線電進(jìn)行增強(qiáng)以提高系統(tǒng)的能力。(4)靈活性靈活性是指處理現(xiàn)有或是將來的各種空中接口和協(xié)議的能力，靈活性與性能、模塊化和可擴(kuò)展性等因素密切相關(guān)、密不可分。高速數(shù)字信號(hào)處理器05數(shù)字信號(hào)處理器件的選擇技巧首先，需要指出本節(jié)的數(shù)字信號(hào)處理器件是指專用集成電路、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、通用數(shù)字信號(hào)處理器和通用處理器等所有具有數(shù)字信號(hào)處理功能和一定編程能力的器件，DSP專門指通用數(shù)字信號(hào)處理器。目前，可構(gòu)建軟件無線電數(shù)字實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的主要是四類器件。高速數(shù)字信號(hào)處理器05數(shù)字信號(hào)處理器介紹自從20世紀(jì)80年代初第一片數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)誕生以來，伴隨著微電子技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，DSP得到了日新月異的進(jìn)步，在處理速度、運(yùn)算精度、處理器的結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、指令流程等諸多方面都有很大的提高。目前，DSP產(chǎn)品正在向高性能、多功能、低功耗、多領(lǐng)域等方向發(fā)展。DSP已經(jīng)滲透到消費(fèi)、軍事、民用、商業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，成為許多電子產(chǎn)品的技術(shù)核心。高速數(shù)字信號(hào)處理器05通用處理器介紹通用處理器(GeneralPurposeProcessor,GPP),例如，Intel的CPU、Motorola的PowerPC等，多采用馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。普遍沒有DMA通道控制器，數(shù)據(jù)傳輸和處理不能并行，普遍沒有通用存儲(chǔ)器接口和I/O接口，需要芯片組配合。高速數(shù)字信號(hào)處理器05圖形處理器介紹軟件無線電處理平臺(tái)要實(shí)現(xiàn)各種機(jī)器學(xué)習(xí)的算力要求一般不會(huì)高于DL的算力要求，考慮開發(fā)難度、靈活度、可編程性、算法兼容性、通用軟件兼容性等多個(gè)維度，在現(xiàn)階段，基于CPU+GPU計(jì)算結(jié)構(gòu)是目前軟件無線電處理平臺(tái)中額外配備專門用于實(shí)現(xiàn)智能計(jì)算的最合適的架構(gòu)。06高速FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)高速FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)06軟件無線電中的高速FPGA從軟件無線電實(shí)現(xiàn)角度看，軟件無線電最高設(shè)計(jì)原則有三點(diǎn)，即：●最大限度地進(jìn)行寬帶數(shù)字化；●最大限度地實(shí)現(xiàn)功能軟件化；●最大可能地進(jìn)行靈活重構(gòu)。高速FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)06軟件無線電中的高速FPGA基于極高性能的FPGA實(shí)現(xiàn)軟件無線電數(shù)字信號(hào)處理有以下五大好處。(1)極其強(qiáng)大的處理能力；(2)最理想化的算法定制；(3)最理想的適配接口；(4)無比靈活的重配置能力；(5)相對(duì)低的功耗高速FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)06FPGA基本原理高速FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)06軟件無線電中的高速FPGA當(dāng)前的FPGA具有以下主要特點(diǎn)：●容量大：高端的FPGA規(guī)模已達(dá)到上千萬門級(jí)，能承擔(dān)繁重的信號(hào)處理任務(wù)、完成復(fù)雜的功能；●功能強(qiáng)：以PowerPC、MicroBlaze和Nios等為代表的RISC處理器軟硬IP核，極大地加強(qiáng)了FPGA的功能，可輕松實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的片上系統(tǒng)(SOC);●保密性好：有防止反向技術(shù)的FPGA,能很好地保護(hù)系統(tǒng)的安全性和設(shè)計(jì)者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)；●開發(fā)容易：FPGA開發(fā)工具功能強(qiáng)大，可完成從輸入、綜合、實(shí)現(xiàn)到配置芯片等一系列的功能。還有很多工具可以完成對(duì)設(shè)計(jì)的仿真、優(yōu)化、約束和在線調(diào)試等功能。這些工具智能化程度高、易學(xué)易用。高速FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)06基于高速FPGA的軟件無線電系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.軟件無線電處理系統(tǒng)中高速FPGA的一般性設(shè)計(jì)；2.基于高速FPGA的軟件無線電系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；高速FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)06基于高速FPGA的軟件無線電系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.基于高速FPGA的軟件無線電處理系統(tǒng)硬件概要設(shè)計(jì)高速FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)06基于高速FPGA的軟件無線電系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.FPGA重配置設(shè)計(jì)(1)FPGA配置設(shè)計(jì)由于FPGA中靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器掉電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失，系統(tǒng)每次上電后需要重新配置數(shù)據(jù)后才能運(yùn)行。以Xilinx公司FPGA為例，F(xiàn)PGA的配置模式歸納起來有8種，見表4-24。(2)多片F(xiàn)PGA系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)軟件無線電系統(tǒng)一般都是由多片F(xiàn)PGA組成的系統(tǒng)，這時(shí)系統(tǒng)配置可以這樣設(shè)計(jì)。(3)軟件上載的配置設(shè)計(jì)采用配置芯片對(duì)FPGA進(jìn)行配置，每次上電后只能載入固定配置的文件。(4)IRL重配置[23]因特網(wǎng)重配置邏輯(InternetReconfigurableLogic,IRL)是Xilinx等公司推出的一種能夠通過互聯(lián)網(wǎng)對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行遠(yuǎn)程更新和動(dòng)態(tài)重構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。07軟件無線電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例軟件無線電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例07軟件無線電系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)：●工作頻段：1～2GHz;●通道帶寬：60MHz;●通信路數(shù)：8路；●調(diào)制樣式：BPSK、QPSK;●瞬時(shí)動(dòng)態(tài)：≥60dB;●噪聲系數(shù)：≤6dB。軟件無線電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例07軟件無線電系統(tǒng)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)方案時(shí)，需要對(duì)各個(gè)方面的因素進(jìn)行綜合考慮，主要有以下幾點(diǎn)：●體系結(jié)構(gòu)選擇；●選擇中頻和采樣頻率；●選擇目標(biāo)硬件；●劃分模擬和數(shù)字部分；●系統(tǒng)性能；●為子系統(tǒng)分配設(shè)計(jì)指標(biāo)；●確定信號(hào)精度和電平；●解決抽象和獨(dú)立性的需求；●選擇特定的濾波設(shè)計(jì)；●硬件和軟件的劃分；●采用已存在的硬件器件和軟件庫；●對(duì)處理器/進(jìn)程/芯片分配實(shí)體。感謝觀看，再見！軟件無線電原理與應(yīng)用（第三版）高等學(xué)校電子信息類精品教材軟件無線電原理與應(yīng)用（第三版）軟件無線電信號(hào)處理算法第五章高等學(xué)校電子信息類精品教材01軟件無線電中的調(diào)制算法軟件無線電中的調(diào)制算法01信號(hào)調(diào)制通用模型隨著現(xiàn)代通信的飛速發(fā)展，通信體制的變化也日新月異：一些舊的通信方式或者被改進(jìn)完善，或者被淘汰，適合現(xiàn)代通信體制的新通信方式不斷涌現(xiàn)并且日臻完善。目前常用的模擬調(diào)制方式主要有AM、FM、SSB、CW等，而數(shù)字信號(hào)通信的調(diào)制方式卻非常多，如ASK、FSK、MSK、GMSK、PSK、QAM等。軟件無線電中的調(diào)制算法01信號(hào)調(diào)制通用模型軟件無線電中的調(diào)制算法01模擬信號(hào)調(diào)制算法軟件無線電中的調(diào)制算法01模擬信號(hào)調(diào)制算法軟件無線電中的調(diào)制算法01模擬信號(hào)調(diào)制算法軟件無線電中的調(diào)制算法01模擬信號(hào)調(diào)制算法軟件無線電中的調(diào)制算法01模擬信號(hào)調(diào)制算法軟件無線電中的調(diào)制算法01模擬信號(hào)調(diào)制算法4.單邊帶信號(hào)(SSB)上文已經(jīng)提到，SSB信號(hào)是通過濾除雙邊帶信號(hào)的一個(gè)邊帶而得到的。濾除其上邊帶就是下邊帶(LSB)信號(hào)，濾除其下邊帶就可得到上邊帶(USB)信號(hào)。由于單邊帶信號(hào)的頻譜寬度僅為雙邊帶信號(hào)的一半，單邊帶一方面可以為日益擁擠的短波頻段節(jié)約頻率資源；另一方面，單邊帶只傳送攜帶信息的一個(gè)邊帶功率，因而在接收端獲得同樣信噪比時(shí)，單邊帶能大大節(jié)省發(fā)射功率。因此短波頻段廣泛應(yīng)用單邊帶信號(hào)傳輸信息。軟件無線電中的調(diào)制算法01數(shù)字信號(hào)調(diào)制算法1.振幅健控(2ASK)信號(hào)軟件無線電中的調(diào)制算法01數(shù)字信號(hào)調(diào)制算法2.二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)信號(hào)軟件無線電中的調(diào)制算法01數(shù)字信號(hào)調(diào)制算法3.二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)信號(hào)軟件無線電中的調(diào)制算法01數(shù)字信號(hào)調(diào)制算法4.M進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制(MASK)信號(hào)軟件無線電中的調(diào)制算法01數(shù)字信號(hào)調(diào)制算法5.M進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制(MFSK)信號(hào)軟件無線電中的調(diào)制算法01數(shù)字信號(hào)調(diào)制算法6.四進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制(QPSK)信號(hào)軟件無線電中的調(diào)制算法01數(shù)字信號(hào)調(diào)制算法7.正交振幅調(diào)制(QAM)信號(hào)正交振幅調(diào)制是一種多進(jìn)制混合調(diào)幅調(diào)相的調(diào)制方式。4QAM就是QPSK,我們畫出8QAM和16QAM的信號(hào)分布圖如圖5.10所示，這種分布圖通常稱為星座圖。軟件無線電中的調(diào)制算法01數(shù)字信號(hào)調(diào)制算法8.最小移頻鍵控(MSK)信號(hào)正交振幅調(diào)制是一種多進(jìn)制混合調(diào)幅調(diào)相的調(diào)制方式。4QAM就是QPSK,我們畫出8QAM和16QAM的信號(hào)分布圖如圖5.10所示，這種分布圖通常稱為星座圖。軟件無線電中的調(diào)制算法01數(shù)字信號(hào)調(diào)制算法9.高斯最小移頻鍵控(GMSK)信號(hào)正交振幅調(diào)制是一種多進(jìn)制混合調(diào)幅調(diào)相的調(diào)制方式。4QAM就是QPSK,我們畫出8QAM和16QAM的信號(hào)分布圖如圖5.10所示，這種分布圖通常稱為星座圖。軟件無線電中的調(diào)制算法01數(shù)字信號(hào)調(diào)制算法02軟件無線電解調(diào)算法軟件無線電解調(diào)算法02信號(hào)解調(diào)通用模型為了便于信號(hào)發(fā)射，提高信道利用率、發(fā)射功率效率以及改善通信質(zhì)量，人們研制出各種通信信號(hào)的調(diào)制樣式，相對(duì)于調(diào)制的逆過程——解調(diào)也因調(diào)制樣式的不同而不同，解調(diào)方法大致有相干解調(diào)和非相干解調(diào)二類。軟件無線電解調(diào)算法02信號(hào)解調(diào)通用模型軟件無線電解調(diào)算法02模擬調(diào)制信號(hào)解調(diào)算法1.AM解調(diào)；2.DSB解調(diào)；3.SSB解調(diào)；4.FM解調(diào)；軟件無線電解調(diào)算法02數(shù)字調(diào)制信號(hào)解調(diào)算法1.ASK解調(diào)；2.MASK解調(diào)；3.FSK解調(diào)；4.MFSK解調(diào)；5.MSK解調(diào)；6.GMSK解調(diào)；7.SFSK解調(diào)；8.PSK解調(diào)；9.MPSK解調(diào)；10.QPSK解調(diào)；11.OQPSK解調(diào)；12.π/4QPSK解調(diào)；13.QAM解調(diào)。03軟件無線電中的同步算法軟件無線電中的同步算法03數(shù)字鎖相環(huán)鎖相環(huán)(PLL)是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)相位同步的自動(dòng)控制系統(tǒng)，它由鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器(LF)、壓控振蕩器(VCO)等組成，如圖5.13所示。鑒相器可以用乘法器后接一個(gè)低通濾波器來實(shí)現(xiàn)。軟件無線電中的同步算法03同步參數(shù)估計(jì)實(shí)現(xiàn)各種同步時(shí)，首先需要知道一個(gè)參數(shù)的初值，對(duì)同步所需要的各種參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，并且估計(jì)精度至少要達(dá)到同步捕獲的要求。對(duì)于信號(hào)解調(diào)來說，需要對(duì)載波頻率、信息碼速率、偽碼速率、信號(hào)帶寬等參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。軟件無線電中的同步算法03同步參數(shù)估計(jì)1.載波估計(jì)軟件無線電中的同步算法03同步參數(shù)估計(jì)2.碼速率估計(jì)數(shù)字信號(hào)的碼速率估計(jì)也可以利用FFT的方法來實(shí)現(xiàn)。由于信號(hào)在碼元交替時(shí)，在其包絡(luò)上總會(huì)呈現(xiàn)出相應(yīng)的變化，特別是對(duì)于經(jīng)過成形濾波的數(shù)字信號(hào)，其幅度譜的基波分量就是碼元速率。圖5.14是采用滾降系數(shù)為0.35的升余弦濾波器成形后的QPSK信號(hào)幅度譜。軟件無線電中的同步算法03同步參數(shù)估計(jì)2.碼速率估計(jì)軟件無線電中的同步算法03同步參數(shù)估計(jì)3.信噪比估計(jì)介紹一種利用特征值分解和子空間分割實(shí)現(xiàn)對(duì)信噪比估計(jì)的方法，先構(gòu)造出接收信號(hào)的相關(guān)矩陣，然后利用最小描述原理(MDL)來確定接收數(shù)據(jù)中信號(hào)子空間的維數(shù)，從而分離出信號(hào)子空間和噪聲子空間7。軟件無線電中的同步算法03軟件無線電中的載波同步算法載波同步(跟蹤)可以分為兩類：接收到的信號(hào)中存在載頻分量時(shí)，如有載波的模擬或數(shù)字調(diào)制信號(hào)，此時(shí)采用窄帶濾波器或基本的鎖相環(huán)路就可以提取出載波分量，鎖相環(huán)中VCO的輸出就是載波；而對(duì)于一些接收信號(hào)中不含載波分量的信號(hào)，也就是抑制載波的調(diào)制信號(hào)，比如BPSK、QPSK等就需要通過一些特殊的環(huán)路來實(shí)現(xiàn)對(duì)同步載波的恢復(fù)。軟件無線電中的同步算法03軟件無線電中的載波同步算法軟件無線電中的同步算法03軟件無線電中的載波同步算法載波同步的第三種方法是采用判決反饋環(huán)，其基本原理是對(duì)信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，然后將解調(diào)出來的信號(hào)去抵消接收信號(hào)中的調(diào)制來恢復(fù)載波分量。其組成框圖如圖5.20所示。軟件無線電中的同步算法03軟件無線電中的載波同步算法軟件無線電中的同步算法03軟件無線電中的位同步算法數(shù)字通信中解調(diào)器必須產(chǎn)生一個(gè)頻率與符號(hào)速率相同的定時(shí)抽樣脈沖，以在合適的時(shí)刻對(duì)輸出波形進(jìn)行抽樣判決。這個(gè)定時(shí)抽樣脈沖是通過位同步也叫定時(shí)同步來獲得的。軟件無線電中的同步算法03軟件無線電中的載波同步算法軟件無線電中的同步算法03載波和位同步的聯(lián)合最大似然估計(jì)算法在上面的討論中，載波和位同步信號(hào)的獲取主要是通過鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)的，有一個(gè)控制反饋的過程。近年來，人們提出了接收端的本地參考載波和定時(shí)時(shí)鐘都獨(dú)立振蕩于固定頻率，不再需要反饋控制的方法。軟件無線電中的同步算法03軟件無線電中的幀同步算法幀同步的作用是在數(shù)字信息流中插入特殊的碼組作為每幀的頭尾標(biāo)記。接收端產(chǎn)生與發(fā)射端相同的碼組，并與接收到的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，當(dāng)相關(guān)值為最大時(shí)，就認(rèn)為找到了幀的起始位置。作為幀同步的碼組應(yīng)是具有尖銳單峰特性的局部自相關(guān)函數(shù)，而且識(shí)別器要盡量簡單。軟件無線電中的同步算法03軟件無線電中的幀同步算法04軟件無線電的中均衡算法軟件無線電的中均衡算法04線性均衡算法最常用的線性均衡器是橫向?yàn)V波器，其組成如圖5.33所示。軟件無線電的中均衡算法04線性均衡算法1.基于最大失真準(zhǔn)則的線性均衡器軟件無線電的中均衡算法04線性均衡算法2.基于最小均方誤差(MMSE)的均衡器軟件無線電的中均衡算法04判決反饋均衡算法判決反饋均衡器(DFE)是一種非線性均衡器，它由一個(gè)前饋濾波器和一個(gè)反饋濾波器組成4。前饋濾波器的輸入是接收信號(hào)序列，其功能與線性橫向?yàn)V波器相同，反饋濾波器把先前被檢測(cè)符號(hào)的判決序列作為輸入，反饋濾波器用來消除當(dāng)前估計(jì)值中由先前被檢測(cè)符號(hào)引起的碼間干擾。其組成框圖如圖5.36所示。軟件無線電的中均衡算法04判決反饋均衡算法軟件無線電的中均衡算法04自適應(yīng)均衡算法1.迫零算法前面提到，在線性均衡的峰值失真準(zhǔn)則中，通過選擇均衡器系數(shù)cj;,可以使得峰值失真最小。除了均衡器輸入端的峰值失真小于1的特殊情況，一般沒有實(shí)現(xiàn)最佳化的簡單方法。該失真小于1時(shí)，令均衡器具有如下響應(yīng)，可使均衡器輸出端的峰值失真最小。軟件無線電的中均衡算法04自適應(yīng)均衡算法2.最小均方(LMS)類算法為便于分析，下面先討論橫向?yàn)V波器系數(shù)的自適應(yīng)更新問題。M階FIR濾波器的抽頭系數(shù)為cj;(j=1,…,M),濾波器的輸入輸出分別為x(n),y(n),而d(n)為期望輸出，則有：軟件無線電的中均衡算法04盲自適應(yīng)均衡算法不需要已知信號(hào)I(n)進(jìn)行自適應(yīng)均衡的算法稱為盲自適應(yīng)均衡算法。盲自適應(yīng)均衡算法有Bussgang算法、基于高階統(tǒng)計(jì)量的算法、基于周期特性的算法、最大似然估計(jì)算法等。軟件無線電的中均衡算法04盲自適應(yīng)均衡算法1.Sato算法軟件無線電的中均衡算法04盲自適應(yīng)均衡算法2.Godard算法05調(diào)制樣式自動(dòng)識(shí)別算法調(diào)制樣式自動(dòng)識(shí)別算法05模擬調(diào)制信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別假設(shè)所要識(shí)別的調(diào)制樣式主要有：AM(調(diào)幅)、FM(調(diào)頻)、DSB(雙邊帶)、LSB(下邊帶)、USB(上邊帶)、VSB(殘留邊帶)以及AM-FM(組合調(diào)制)7種模擬調(diào)制樣式。任何調(diào)制樣式的信號(hào)均可采用以下統(tǒng)一的數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示：調(diào)制樣式自動(dòng)識(shí)別算法05數(shù)字調(diào)制信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別調(diào)制樣式自動(dòng)識(shí)別算法05數(shù)字調(diào)制信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別調(diào)制樣式自動(dòng)識(shí)別算法05模擬數(shù)字調(diào)制信號(hào)的聯(lián)合自動(dòng)識(shí)別調(diào)制樣式自動(dòng)識(shí)別算法05模擬數(shù)字調(diào)制信號(hào)的聯(lián)合自動(dòng)識(shí)別調(diào)制樣式自動(dòng)識(shí)別算法05模擬數(shù)字調(diào)制信號(hào)的聯(lián)合自動(dòng)識(shí)別調(diào)制樣式自動(dòng)識(shí)別算法05信號(hào)調(diào)制樣式自動(dòng)識(shí)別中應(yīng)注意的幾個(gè)問題前面對(duì)基于決策理論的信號(hào)調(diào)制樣式自動(dòng)識(shí)別的基本原理進(jìn)行了介紹討論，在實(shí)現(xiàn)這些算法時(shí)還會(huì)碰到許多具體的實(shí)際問題，比如采樣速率的選取、載頻的精確估計(jì)(非線性相位分量的計(jì)算)、瞬時(shí)頻率的計(jì)算、特征參數(shù)門限電平的確定以及非弱信號(hào)段的實(shí)際選取等。下面就這些問題進(jìn)行簡單討論。調(diào)制樣式自動(dòng)識(shí)別算法05信號(hào)調(diào)制樣式自動(dòng)識(shí)別中應(yīng)注意的幾個(gè)問題調(diào)制樣式自動(dòng)識(shí)別算法05基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)制識(shí)別基于ANN的模擬信號(hào)調(diào)制識(shí)別原理結(jié)構(gòu)如圖5.43所示，該人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用了三層結(jié)構(gòu)即1個(gè)輸入層，1個(gè)輸出層，1個(gè)中間層。調(diào)制樣式自動(dòng)識(shí)別算法05基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)制識(shí)別感謝觀看，再見！軟件無線電原理與應(yīng)用（第三版）高等學(xué)校電子信息類精品教材軟件無線電原理與應(yīng)用（第三版）信道編譯碼技術(shù)第六章高等學(xué)校電子信息類精品教材01信道編譯碼基礎(chǔ)信道編譯碼基礎(chǔ)01現(xiàn)代通信飛速發(fā)展的一個(gè)重要原因是模擬信號(hào)的數(shù)字化，數(shù)字通信具有模擬通信無法比擬的特殊優(yōu)點(diǎn)，如抗干擾能力強(qiáng)、便于實(shí)現(xiàn)保密、通信質(zhì)量不受距離影響、能適應(yīng)各種業(yè)務(wù)、電路易于集成化等。信道編譯碼基礎(chǔ)01那么到底什么是信道編碼呢?廣義的信道編碼是指從信源編碼信息到信道波形的映射，因此復(fù)接、代數(shù)編碼、調(diào)制、成形濾波、擴(kuò)頻、上下變頻等都可歸于廣義的信道編碼范疇，如圖6.1所示。02信道編碼概述信道編碼概述02在通信加擾中，從擾碼序列是否獨(dú)立于用于加擾的偽隨機(jī)序列來看，擾碼可分為自同步擾碼和同步擾碼兩種，偽隨機(jī)序列一般由一個(gè)或多個(gè)線性反饋移位寄存器(LFSR)來產(chǎn)生。擾碼關(guān)系如圖6.2所示。擾碼信道編碼概述02擾碼信道編碼概述02擾碼信道編碼概述02糾錯(cuò)碼及交織糾錯(cuò)碼按功能可分為檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼，按對(duì)信源序列進(jìn)行的不同處理方式可分為分組碼、卷積碼及級(jí)聯(lián)碼，按照信息碼元在編碼之后是否保持原來的形式不變，又可分為系統(tǒng)碼與非系統(tǒng)碼。信道編碼概述02信道編碼的應(yīng)用及性能在對(duì)信道編碼半個(gè)多世紀(jì)的研究中，能夠更加逼近Shannon限的編譯碼方法不斷出現(xiàn)，Shannon限已基本達(dá)到。從漢明碼、BCH碼、RS碼，到卷積碼、級(jí)聯(lián)碼，以及Turbo碼、LDPC碼，所能達(dá)到的性能與Shannon限的距離正在不斷縮小。這些先進(jìn)的信道編碼技術(shù)已經(jīng)在數(shù)字通信領(lǐng)域大放異彩，與人們的生活息息相關(guān)，如衛(wèi)星通信、深空通信、地面移動(dòng)通信、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)字電視等。表6-3列出了一些信道編碼的使用情況。信道編碼概述02信道編碼的應(yīng)用及性能信道編碼概述02信道編碼的應(yīng)用及性能在AWGN信道，不同調(diào)制方式下對(duì)碼率為1/2的(171,133)卷積碼進(jìn)行性能比較，性能曲線如圖6.13所示。信道編碼概述02信道編碼的應(yīng)用及性能圖6.15所示是DVB-T、DVB-C、DVB-S及DVB-S2的信道編碼方案。03幾種簡單的檢糾錯(cuò)碼幾種簡單的檢糾錯(cuò)碼03線性分組碼是信道編碼中最基本的一類碼，它有明顯的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，是討論各類碼的基礎(chǔ)。一般把信道編碼中非0碼元的個(gè)數(shù)稱為碼組重量(簡稱碼重),如0001碼組的碼重為1,定義碼距為兩個(gè)碼組中對(duì)應(yīng)位上不同碼元的個(gè)數(shù)。幾種簡單的檢糾錯(cuò)碼03一般情況下，對(duì)于分組碼存在以下結(jié)論：幾種簡單的檢糾錯(cuò)碼031.奇偶校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)碼是一種非常簡單的編碼方式，在計(jì)算機(jī)通信中得到廣泛應(yīng)用，奇偶校驗(yàn)碼中無論信息位有多少位，校驗(yàn)位都只有1位，一般插入在一組碼的末尾，碼率等于k/(k+1)。幾種簡單的檢糾錯(cuò)碼032.恒比碼恒比碼中每個(gè)碼組均含有相同數(shù)目的“1"或"0”。在檢測(cè)時(shí)，只要計(jì)算接收碼組中的“1'的數(shù)目是否對(duì)，就知道有無錯(cuò)誤。恒比碼編碼簡單，適用于傳輸字母和符號(hào)，對(duì)二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)字序列不適用。幾種簡單的檢糾錯(cuò)碼033.正反碼正反碼是一種簡單的能夠糾錯(cuò)的編碼。正反碼中編碼的校驗(yàn)位數(shù)目與信息位數(shù)目相同，校驗(yàn)位內(nèi)容為信息位的重復(fù)或取反，具體由信息碼中"1"的個(gè)數(shù)而定，如可定義“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)校驗(yàn)位重復(fù)信息位，“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)校驗(yàn)位為信息位的反碼。如0101的正反碼為01011010,0111的正反碼為01110111。幾種簡單的檢糾錯(cuò)碼034.群計(jì)數(shù)碼群計(jì)數(shù)碼是將k位信息元經(jīng)分組之后，計(jì)算出每個(gè)信息碼組中“1”的數(shù)目，然后將這個(gè)數(shù)目用r位二進(jìn)制表示，并作為校驗(yàn)碼元附加在信息碼元后面一起傳輸，組成(k+r,l)碼。如1101001共有4個(gè)“1”,用二進(jìn)制100表示十進(jìn)制的4,則傳輸碼組變?yōu)?101001100。幾種簡單的檢糾錯(cuò)碼035.漢明碼漢明碼的發(fā)現(xiàn)時(shí)間其實(shí)早于Shannon論文的發(fā)表時(shí)間，由于技術(shù)專利的原因?qū)е缕渲钡?950年才發(fā)表。漢明碼是一