软件无线电习题课ppt

软件无线电技术习题课111作业一1作业一设计一个软件无线电收音机，要求：射频低通采样，输入为中波AM和调频FM，输出为89.4MHz上对应的调制信号；画出系统框图，给出主要参数，设计高效的抽取结构。应用背景两种类型无线电广播：调幅（AM）广播长波:150~415KHz；中波:525~1605KHz短波:1.6~26MHz调频（FM）广播超高频频段（VHF）：我国FM广播波段87~108MHz频道划分：AM：频道间隔：9KHz；FM：频道间隔：200KHz，信号带宽为150KHz应用背景AM和FM广播的特点：AM：传播距离远，覆盖面积大，电路简单，价格便宜；抗干扰能力差，信号带宽窄，音质较差。FM：抗干扰能力强，带宽宽，音质好；覆盖范围小，接收质量受建筑物或其它地物遮挡影响问题分析可接收中波AM和FM信号（0.5M~108MHz）基于射频低通采样结构；输出89.4MHz的FM信号；采用高效的抽取结构系统原理框图A/D模拟前端数字下变频基带解调算法D/A模拟输出软件无线电收音机的原理框图模拟前端放大、滤波、动态范围调整LNAAGCLPF模拟前端)(tx0108125MHz)(f)(ωjeHADC与采样频率选择根据低通采样定理，采样频率应为fs≥2fmaxfs=250MHz2×108MHzADC采样后的频谱为：0250MHz)(f)(ωjeX250−)2(π4.89)72.0(π4.89−KHz1506.166)28.1(πA/D)(tx)(nx数字下变频原理框图LPFLPFDDNCOMHzf4.890=)cos(0nω)sin(0nω−)(nx)/(DnxBI)/(DnxBQ数字下变频ADC采样后的数字信号x(n)的频谱0sfMHz)(f)(ωjeXsf−)2(π4.89)72.0(π4.89−KHz1506.166)28.1(ππ=π⋅=ω72.02)2504.89(0数字下变频NCO产生的本地载波信号频谱：π=ω72.000sfsf−)2(ππ−72.0π72.021ω0sfsf−)2(ππ−72.0π72.021ω)sin(0nω−)cos(0nω数字下变频搬移后的I路信号的频谱：0sfsf−)2(ππ−72.0π72.021ω0sfMHz)(f)(ωjeXsf−)2(π4.89)72.0(π4.89−KHz1506.166)28.1(π0)(ωjBIeXπ2π44.1π28.1π72.0π56.0π−72.0π−56.0π−44.1π−28.1π−2ω数字下变频搬移后的Q路信号的频谱：0sfMHz)(f)(ωjeXsf−)2(π4.89)72.0(π4.89−KHz1506.166)28.1(π0sfsf−)2(ππ−72.0π72.021ω0)(ωjBQeX0π2π44.1π28.1π72.0π56.0π−72.0π−56.0π−44.1π−28.1π−2ω数字下变频低通滤波后得到的基带信号频谱0)(ωjBIeXπ2π−2ω0)(ωjBQeXπ2π−2ω数字下变频考虑所设计的低通滤波器指标为：通带截止频率：基带调制信号的最高频率75KHz阻带起始频率：125KHzKaiser窗，通带纹波、阻带纹波：0.001则滤波器的阶数N为：数字下变频高效抽取结构数字滤波器设计分级CIC和HB抽取因子D的选择：D＝fs/(2fa):分级抽取：抽取结构：3级CIC和3级HB级联抽取数字下变频CIC滤波非2的幂次方抽取，无乘法运算；级联：有效降低CIC滤波器的旁瓣电平数字下变频CIC滤波后的信号频谱，抽取125倍后，采样率变为fs1=2MHz数字下变频CIC滤波后的信号频谱：数字下变频HB滤波：0Cωaω)(ωjeHωπ2π11/2数字下变频HB滤波器设计：信号带宽可表示为：，则各级抽取前的信号采样率不同，因而HB滤波器阶数也不同，第m级HB滤波器输入信号的采样率为：过渡带为：设整个多级HB滤波器的纹波系数为，则每级纹波系数为数字下变频使用Kaiser窗，各级HB滤波器的阶数为：求得：数字下变频HB滤波后的信号速率为：fs3＝2M/8=250K信号的频谱为：0)(ωjBIeXππ−ω53π−)2(3sf53π0)(ωjBQeXππ−ω)2(3sf数字下变频I、Q支路信号叠加后的结果：0)(ωjBeXππ−ω53π−)2(3sf53π解调、DAC、模拟输出恢复原始的音频调制信号最终系统原理框图LNAAGCLPFA/DCICCICHBFHBFFM解调算法D/ALPFPANCOMHzf4.890=)cos(0nω)sin(0nω−模拟前端扬声器输出作业二2作业二设计一个软件无线电侦察接收机，要求：频率范围525KHz~1605KHz频率分辨力1.0KHz。应用背景无需专用设备对整个频段进行搜索或监视全概率信号截获适合处理持续时间很短的“突发”通信信号、调频通信信号等实现基础：采用多相滤波器组的信道化接收机问题分析侦察范围：525KHz~1605KHz，接收机的处理带宽：1.08MHz；频率分辨力为1.0KHz，则最少存在1080个信道)(ωjeX)KHz(f5251605KHz1080=sB1065O-1605KHz1080=sB-1065-525)(ωjeX)KHz(f52516051065O#0#1#2#539#1079-1605-1065-525系统原理框图基于多相滤波器组的信道化接收机原理框图抗混叠滤波器特性侦察信号的中心位置为：f0＝1065KHz通带截止频率：fc＝1605KHz阻带起始频率：fa＝2089KHz)(ωjeX)KHz(f52516051065O2089ADC与采样频率选择根据低通采样定理，采样频率应为fs≥2fmaxfs=6144KHz2×2089KHz数字下变频将整个侦察频段的中心搬移到零频率位置：fc＝540K，fa＝1024K，fs＝6144K＝6fa，因此可先通过抽取降低处理信号的采样速率，抽取因子D为：)(ωjeX)KHz(f-540540O#0#1#2#539#10791024数字下变频低通滤波器的设计：通带截止频率：fc＝540K阻带起始频率：fa＝1024K通带/阻带纹波系数均为：0.001Kaiser窗函数则滤波器的阶数N为：数字下变频多相滤波结构实现低通滤波器：滤波器的阶数取为48分为3相，则每相支路的滤波器的长度减少为16个数字下变频数字下变频器原理框图LPFLPF33)sin(0nω−)cos(0nω)(nx~)3(nxI)3(nxQ数字下变频3倍抽取后侦察信号的频谱：多相滤波器组各信道为间隔均匀的1KHz窄带信号侦察频率范围内的信道数为1080个，多相滤波器输入样本速率为：2048KHz取D为2048，多相滤波器组的通道数K为2048，利用均匀滤波器组的整数频带抽取多相滤波器组设计侦察频率范围的信道参数：侦察有无信号，信号略有损失)(ωjeXO)KHz(1f5.01−5.0−1多相滤波器组设计滤波器参数设计：通带截止频率：阻带起始频率：通带/阻带纹波系数：滤波器阶数N为：则每相滤波器的长度为N/D约为8)(ωjeX)KHz(1f75.025.04096π40963π多相滤波器组的原理框图原理框图20482048点DFT)(20zE2048)(21zE1−z1−z2048)(21zEK−)(1zXKjeWπ=2*)(20zY)(22zY)(21zYK−)(0ωjeYK(2048/1f23π2π)(1ω−jKeYK(2048/1f23π2π作业三3作业三阐述智能天线用于移动通信系统用户定位原理和系统结构。应用背景智能天线的高分辨能力和强抗干扰能力蜂窝移动通信系统：确定移动台所处的小区通过两个或多个基站联合处理的智能天线系统可将用户终端定位到一个较小区域，定位精度更高美国联邦通信委员会（FCC）：要求有无线紧急呼叫的功能，并且可达到125m的定位精度。问题分析定位原理系统框图定位系统分类定向系统：定距系统：距离定位系统距离和定位系统（椭圆型定位系统）距离差定位系统（双曲型定位系统）技术基础：定向：DOA估计定距：TOA和TDOA估计定向系统通过测量信源信号的DOA，来估计移动用户的位置。1S2S3S移动用户距离定位系统通过测量波达时间（TOA）来测量手机和一组基站间的绝对距离，而对手机用户进行定位。测量手机和基站间信号传播的波达时间（TOA）：计算手机用户和基站间的传播距离：利用多个基站接收机的距离测量结果，寻找的球面的公共交点进行定位距离定位系统定位原理示意图：N个距离测量结果、已知基站位置坐标、信源坐标三者的数学关系为可表示为一个方程组：1S2S3S3R2R1R移动用户（x,y,z）XYZ距离定位系统距离定位系统的特点：精确测量，信源和基站的时钟必须严格同步定位精度依赖于系统的几何结构。距离和定位系统利用多个基站接收机的距离和测量结果，寻找多个椭球面的交点，从而移动用户定位：距离和与基站接收机间的TOA关系为1S2S3S移动用户（x,y,z）1R2R3R距离和定位系统N个距离和测量结果、已知基站位置坐标、信源坐标三者的数学关系为可表示为一个方程组：信源位置可由3个或更多的椭球面交点确定。距离差定位系统利用多个基站接收机的距离差测量结果得到的相交双曲面而对信源定位。TDOA估计将信源的可能位置限制在以接收机为焦点的旋转双曲面上。移动用户（x,y,z）1S2S3S1R2R3R距离差定位系统距离差Rij与基站接收机间的TDOA（波达时间差）关系为：N个距离和测量结果、已知基站位置坐标、信源坐标三者的数学关系为可表示为一个方程组：信源位置可由3个或更多的双曲面交点确定。距离差定位系统距离差定位的优点：TDOA法的优点TOA法：精确知道信源发射时间无需信源和接收机间保持严格的时钟同步能够消除或减小接收机普遍存在的时延误差当前移动通信定位系统的主流技术智能天线定位系统的原理框图基于多通道/多波束形成的软件无线电智能天线结构（P163）对其进行改造，可实现定向定位、定距定位以及联合定位多通道多波束形成智能天线结构具有定位功能的智能天线框图模拟前端A/D信道分离1信道1多波束形成模拟前端A/D信道分离N信道L多波束形成TOA/TDOA估计解调器定位算法定距定位定位信息TOA/TDOA估计定位算法解调器信道11（信道1M）（信道1M）信道1MTOA/TDOA估计解调器定位算法定距定位定位信息TOA/TDOA估计定位算法定位信息解调器信道L1（信道L1）（信道LM）信道LM信道1DOA估计定位算法定位算法定位信息定位信息（信道11）（信道11）定位信息定位信息（信道LM）信道1DOA估计定位算法定位算法定位信息（信道L1）1N定向定位多通道/多波束形成软件无线电接收机DOA估计算法四类：传统法：延迟-相加法、Capon法；子空间法：MUSIC法、ESPRIT法最大似然法综合法TOA估计算法TOA：自相关法TDOA：互相关法延迟峰值检测器∫⋅T0)(TOA参数提取)(tx延迟峰值检测器∫⋅T0)(TDOA参数提取)(1tx)(2tx完毕！谢谢！