软件无线电3.

第3章软件无线电数学模型3.1软件无线电的三种结构形式3.2软件无线电接收机数学模型3.3多相滤波器组信道化接收机数学模型3.4软件无线电发射机数学模型3.5信道化软件无线电发射机数学模型3.1软件无线电的三种结构形式•软件无线电宗旨：•特点：硬件平台具有开放性、通用性，软件可升级、可替换。射频处理前端A/DD/ADSP(软件)图3.1软件无线电的三大组成部分射频全宽带低通采样软件无线电结构双工器超宽带滤波器超宽带放大器超高速超宽带A/D分波段滤波器超宽带功率放大器超高速超宽带D/A超高速DSP(软件)fmin~fmaxfs2fmaxfs=2fmax,动态范围大盲区采样频率点数M=INT[2fmax/fs]fsm=(2m+2)fs/(2m+3)双工器窄带电调滤波器“0”内差上变放大器A/DD/ADSP(软件)窄带电调滤波功放f0=(2n+1)fs/4fs、fsmfsm:盲区采样频率f0m=(2m+3)fsm/4其中f0m为第m个“盲区”的中心频率射频直接带通采样软件无线电结构分段滤波器高放中放A/DDDCDSP软件DUCD/A滤波放大双工器放大功放本振宽带中频带通采样软件无线电结构三种软件无线电结构的等效数字谱fs=2fmaxBminfmaxf2sff0图3.6低通采样的数字谱宽带中频带通采样f0=(2n+1)fs/4n为偶数：XD-=XA-，XD+=XA+n为奇数：XD-=XA+，XD+=XA-)(fXD2sff4sf0BDXDX)(fXA0ff40sff0BAXAX40sff00图3.7宽带中频带通采样的数字谱(a)(b)射频直接带通采样f0=(2n+1)fs/4n为偶数：XD-=XA-，XD+=XA+n为奇数：XD-=XA+，XD+=XA-)(fXD2sff4sf0BDXDX0)(fXA0ffcentf0BAXAXcentf0图3.8射频直接带通采样（主采样）的数字谱跟踪滤波器(b)(a))(fXD2smff4smfmB0DXDX0)(fXAmf0fcentfmB0AXAXcentf0图3.9射频直接带通采样（“盲区”采样）的数字谱(b)(a)跟踪滤波器)(fXD2sff4sf0BDXDX03.2软件无线电接收机数学模型3.2.1单通道软件无线电接收机数学模型调制信号S(n)=a(n)cos[ω0n+φ(n)]正交表示：S(n)=I(n)cos(ω0n)-Q(n)sin(ω0n)I(n)=a(n)cosφ(n)Q(n)=a(n)sinφ(n)抽取因子：D=fs/(2fA))cos(0n)sin(0nnS)(nI)(nQ)(jLPeH)(jLPeH)cos(0n)sin(0nnS)(mI)(mQ)(jLPeH)(jLPeHDD图3.11正交分量提取与抽取(a)(b)多级抽取结构PfAff0AfPf)cos(0n)sin(0nnX)(1jeH)(1jeH2D1D)(jmeH)(jmeHmDmD)(2jeH)(2jeH2D2D图3.12低通滤波器之特性要求)(jLPeH图3.13单通道软件无线电接收机的多级抽取结构D=D1D2D3CIC，HBF级联D2=2m)cos(0n)sin(0nnS)(mI)(mQCICCICHBFHBFFIRFIR)(mI)(mQ)1()()()()(arctan)()()()(22mmmfmImQmmmIma)(ma)(m)(mf图3.14软件无线电接收机数学模型瞬时特征提取多相滤波正交处理n)1(n)1(tS)(mI)(mQCICCICHBFHBFFIRFIR)(ma)(m)(mfA/D)12(40nffs1Z22)(jQeH)(jIeH特征提取正交采样器)(nI)(nQ图3.15基于多相滤波正交采样的软件无线电接收机数学模型HI（），HQ（）：8阶FIRI’(n),Q’(n):正交0IF数字基带，fs=4f0/(2n+1)fs=(r+1)B0Δfs=fs/fmax.Δf3.2.2并行多通道接收机数学模型)cos(1n)sin(1nCICCICHBFHBFFIRFIRA/D特征提取识别解调分析信息输出)cos(2n)sin(2nCICCICHBFHBFFIRFIR特征提取识别解调分析信息输出)cos(nL)sin(nLCICCICHBFHBFFIRFIR特征提取识别解调分析信息输出图3.16并行多通道软件无线电接收机数学模型3.3多相滤波器组信道化接收机数学模型3.3.1数字滤波器组与信道化yk(n)(k=0,1,…,K-1)的带宽为π/K,整带抽取)(nS)(1nhK)(0nh)(1nh)(1ny)(0ny)(1nyK2-1-0-0+1+2+323332)(jKeH0图3.17滤波器组图3.18实信号的信道划分)(nS)(1nhD)(0nh)(1nh)(1my)(0my)(1myDDDD)(2fjKeYDfsDfsf0图3.19后置抽取器的滤波器组图3.20抽取后的低通信号复信号的信道划分01234)(jKeH012345)(jKeH00（a）K为奇数（b）K为偶数图3.21复信号的信道划分)(nS)(nhLP)(nhLP)(nhLP)(1my)(0my)(1myDDDDnje0njDe1nje1图3.22复信号滤波器组的低通实现)(nS)(nhLP)(nhLP)(nhLP)(1my)(0my)(1myD)2(D)2(D)2(Dnje0njDe1nje1图3.23实信号滤波器组的低通实现)(jKeHDD0D2D20120-0+2+1+1-2-图3.24实信号的另一种信道分配方法)(nS)(1mhD)(0mh)(1mh)(1my)(0my)(1myDDDD1)1(或m1)1(或m1)1(或m1Z1Z1Z0Dje)1()1()1(DDjDe1Dje)(0mx)(1mx)(1mxDDFT图3.25信道化接收机数学模型（复信号）)(nS)(1mhD)(0mh)(1mh)(1my)(0my)(1myDDDDmjme2)1(1Z1Z1Z02Dje)1(2)1()1(DDjDe12Dje)(0mx)(1mx)(1mxDDFTmjme2)1(mjme2)1(222图3.26信道化接收机数学模型（实信号）3.4软件无线电发射机数学模型基带处理：FM、AM、FSK、PSK、MSK、QAM基带调制上变频功率放大天线或介质图3.27软件无线电发射机的基本组成3.4.1单通道软件无线电发射机数学模型S(t)=a(t)cos[2πf0t+φ(t)]S(n)=a(n)cos[ω0n+φ(n)],ω0n=2πf0Ts正交表示：S(n)=I(n)cos(ω0n)+Q(n)sin(ω0n)I(n)=a(n)cosφ(n)Q(n)=-a(n)sinφ(n))cos(0n)sin(0n)(nS)(nI)(nQ正交调制信号产生)cos(0n)sin(0n)(mI)(mQ)(nI)(nQ基带正交信号产生II图3.28信号调制数学模型图3.29基于内插的调制模型（基频发射机）)(nS)(tS)(fS2/sff0)(fSI2/sff0sf2/)1(sfI2/sIf)cos(0n)sin(0n)(mI)(mQ基带正交信号产生)(nS1I1I2IFIRD/A图3.30已调信号的数字谱图3.31S(n)经I倍内插后的数字谱图3.32基于内插的软件无线电发射机数学模型1)(tS)cos(0n)sin(0n)(mI)(mQ基带正交信号产生1I1I2I电调滤波器D/A)cos(0n)sin(0n)(mI)(mQ基带正交信号产生1I1I)(tS电调滤波器D/Asf零点12图3.33基于内插的软件无线电发射机数学模型2图3.34高速内插的接零开关实现sT2T1T开关输出波形D/A输出波形图3.35接零开关输出波形3.4.2多通道软件无线电发射机数学模型)cos(1n)sin(1n)(1mI)(1mQ基带正交信号产生1I1I)(1nS镜频滤波器D/Asf零点)cos(2n)sin(2n基带正交信号产生1I1I)cos(nL)sin(nL)(2mI)(mQL基带正交信号产生1I1I)(mIL)(2mQ)(2nS)(nSL)(tS12图3.36多通道软件无线电发射机模型3.5信道化软件无线电发射机数学模型)(1nSD/Asf零点)(2nS)(nSL12基频发射机1基频发射机2基频发射机L窄带电调滤波器窄带电调滤波器窄带电调滤波器)(1ty)(tyL)(2ty图3.37多通道全频段发射机结构模型)(0M0)(1M0)(1IM0)(0MI/I/0)(1MI/I/0)(1IMI/I/001I10)(YI/2I/4I/2(a)(c)(b)图3.38信道化发射机直接频谱搬移过程)(nh)(nh)(nh)(1ny)(0ny)(1nyInje0III)(0km)(1kmI)(1km)(0km)(1kmI)(1kmnje1njIe1滤波D/A12)(ny内插上变频图3.39信道化发射机实现原理（直接移频法）)(1khI)(0kh)(1kh)(1kx)(0kx)(1kxI0IjeDFT)1()1()1(IIjIe1Ije)(0km)(1kmI)(1kmIII1)1(或k)(1ny)(0ny)(1nyI1Z1Z)(ny图3.40信道化软件无线电发射机数学模型（复信号）1)1(或k1)1(或k)(nh)(nh)(nh)(1ny)(0ny)(1nyInje0)2(I)(0km)(1kmI)(1km)(0km)(1kmI)(1kmnje1njIe1)2(I)2(I)(ny)Re()(nS)(Y0210)(0M)(1IM)(2M)(1MI-1I/2I/5I/4I/3I/2图3.41实信号输出信道化发射机的直接实现图3.42产生实信号输出的频谱结构)(1rhI)(0rh)(1rh)(1kx)(0kx)(1kxI02IjeDFT)1(2IIje12Ije)(0km)(1kmI)(1kmIIIrje21Z1Z)(ny222rje2rje2)Re()(nS图3.43信道化软件无线电发射机数学模型（实信号）