软件无线电知识综合.doc
12页软件无线电的采样结构基本上可以分为三种:射频全宽带低通采样结构:这种结构的软件无线电,结构简洁,把模拟电路的数量减少到最低程度优缺点优点:对射频信号直接采样,符合软件无线电概念的定义缺点:(1)需要的采样频率太高,特别还要求采用大动态、多位数的A/D/A时,显然目前的器件水平无法实现2)前端超宽的接收模式会对整个结构的动态范围有很高的要求,工程实现极为困难所以这种结构只实用于工作带宽不太宽的场合射频直接带通采样结构:射频带通采样结构的软件无线电可以较好地解决上述射频低通采样软件无线电结构对A/D转换器、高速DSP等要求过高,以致无法实现的问题优点:与射频全宽带低通采样结构相比最大的不同就是采用的前置滤波器的差异;另外还有A/D的采样速率不同;最后就是对DSP的处理速度要求不同实现可行性较强缺点:前置窄带电调滤波器和高工作带宽的A/D(高性能采样保持放大器)实现起来还是有相当的难度另外,本结构需要多个采样频率,增加了系统实现复杂度 宽带中频带通采样结构:的软件无线电结构与目前的中频数字化接收机的结构是类似的,都采用了多次混频体制或叫超外差体制这种宽带中频带通采样软件无线电结构的主要特点是中频带宽更宽(比如20MHz),所有调制解调等功能全部由软件加以实现。
中频带宽更宽是这种软件无线电与普通超外差中频数字化接收机的本质区别 本结构类似于超外差无线电台,但常规电台的中频带宽为窄带结构,而本结构为宽带中频结构本结构使前端电路设计得以简化,信号经过接收通道后的失真也小,而且通过后续的数字化处理,本结构具有更好的波形适应,信号带宽适应性以及可扩展性本结构的射频前端比较复杂,它的功能是将射频信号转换为适合于A/D采样的宽带中频或把D/A输出的宽带中频信号变换为射频信号 数控振荡器(NCO)相乘实现数字混频,NCO的频率为所需通道的中心频率,使信号的中心频率移至零频,信号由中频变换到基带,并作低通滤波和抽取,从而实现对实值带通信号的复包络正交采样直接变换结构(“零中频”接收机,DCR):优点:没有镜频问题,不需要固定频率的镜频抑制滤波器,而且可以利用LSI技术实现可变带宽的抗混迭低通有源滤波器缺点:双路器件的不一致性将在零频附近引起潜在地镜频响应,另外大信号可能在下变混频器的DC处引起二阶非线性失真,因此须采用系统级的补偿多模式调制解调的基本原理是采用正交基函数对已调信号进行I/Q正交分解,这种正交分解有两个作用:将L2空间中的已调信号表示成I、Q正交子空间中的矢量信号;正交分解将信号从带通变到低通,从而可以在基带采用矢量映射来表示调制解调,而不是在载波频率上表示调制解调;不同模式的调制解调对应不同的映射表,因此,具有统一的通用实现结构。
调制识别方法的基本框架包括三部分:信号预处理部分、特征提取部分和分类器部分信号预处理部分为后续处理提供合适的数据信号预处理任务一般包括:数字下变频、频偏估计和载频分量消除等多信道情况下,还需完成信道分离特征提取部分是从数据中提取信号的时域特征或变换域特征时域特征包括信号的瞬时幅度、瞬时相位和瞬时频率的统计参数变换域特征包括功率谱、谱相关函数、时频分布以及其它统计参数分类识别器部分,选择和确定合适的判决规则和分类器结构,主要采用梯形分类器结构和神经网络结构的分类器非判决辅助式--同相正交环法主要优点:1、两个乘法器的工作频率比平方环低一倍,2、环路锁定后,同相支路输出的v5就是解调所要得到的数字信号因此,同相支路的乘法器兼有提取载波和相干解调的两种功能内插法符号同步:在非反馈环符号同步中,由于采用独立振荡、固定频率的时钟进行采样,当采样时钟与数据符号不同步时,得到的信号采样不是最佳时刻的采样值,必须在非同步的采样点之间进行插值,以得到最佳时刻的信号采样点值,故非反馈环符号同步又称内插法符号同步均衡:对系统中的线性失真进行校正的过程称为均衡线性失真包括以下两个方面:(1)振幅频率失真(衰减失真)(2)相位失真(群迟延失真).在基带系统中插入一种可调(或不可调)滤波器可以校正或补偿系统特性,减小码间串扰的影响,这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。
均衡的基本思想:均衡方法1: 均衡后除[-t0/2, t0/2]外其余时刻信号均为0理想系统);均衡方法2:均衡后使ykTB时刻信号为0时域均衡原理:时域均衡是利用均衡器产生的时间波形去直接校正已畸变的波形,使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰条件频域均衡原理:利用幅度均衡器和相位均衡器来补偿传输系统的幅频和相频特性的不理想性,以达到所要求的理想形成波形,从而消除符号间干扰基于插值的位定时恢复环路:x(t)为来自射频单元的模拟输入信号,符号周期为T,假设x(t)为带限信号,可以以速率为1/Ts的固定时钟进行无混叠失真采样,得到的数字信号为x(mTs)=x(m)由于收发两端的时钟独立,所以T/Ts为无理数,数据经过内插器后得到间隔为Ti的输出,x(kTi)=y(k),Ti=T/K,其中K为整数插值原理:经过插值、重采样后的数据为定义基本指针 和分数间隔 为 其中 定时关系如图所示可知 且可得上式即为数字插值的基本方程。
什么时候需要载波频偏估计:如果多普勒频移和振荡器的不稳定因素使得通信系统的收发载波存在较大的频偏时,相位迅速变化,不能保证在M个符号间隔内相位近似为定值,此时必须首先进行频率估计与跟踪 在传统通信系统中,由于多普勒频移和本地载波误差的影响,接收信号会发生缓慢的频率漂移,从而使接收信号出现相位漂移,对采用相干解调的通信系统会产生恶劣影响,使接收系统性能下降在全数字接收机中,数字下变频的本地振荡信号是一个固定频率的自由振荡信号,它不可能和输入信号的载波频率完全相等,必然产生一个频差无论是传统的数字通信系统还是全数字接收机都必须估计和消除频偏误差,这也是载波同步的一个重要部分 分数间隔的提取:分数间隔的提取参考图如下,其表示的是连续变量 与时间的关系图图中, 是第k个内插点 之前的本地采样时刻NCO寄存器值在 时刻减小到0,并且在下一个时钟点 时刻过零(溢出)由相似三角形原理可知 由此可求解出直接计算估计法(GARDNER):假设每个符号间隔采样两个样本,一个样本对应数据判决选通时刻,另一个样本对应连接两个选通时刻的中间。
前者的同相、正交分量为I(k)、Q(k),后者的同相、正交分量为I(k-1/2)、Q(k-1/2)用Ur(k)代表定时误差,其估计算法为:设下变频后的低通复信号为 ,则 ,可得 可看出该估计算法与载波相位无关,可以先于载波相位估计进行定时估计OFDM中的同步技术:接收机正常工作以前,OFDM系统至少要完成两类同步任务:1、时域同步,要求OFDM系统确定符号边界,并且提取出最佳的采样时钟,从而减小载波干扰(ICI)和码间干扰(ISI)造成的影响 2、频域同步,要求系统估计和校正接收信号的载波偏移 1频率同步误差的影响 载波频率同步误差造成接收信号在频域的偏移如果频率误差是子载波间隔的整数倍,则接收到的承载QAM信号的子载波频谱将平移n个载波位置子载波之间还是相互正交的,但OFDM信号的频谱结构错位,从而导致严重错误如果频率误差不是载波间隔的整数倍,则一个子载波的信号能量将分散到相邻的两个载波中,导致子载波丧失了正交性,引入了ICI,也会造成系统性能的下降。
时间同步误差的影响 与频率误差不同,时间同步误差不会引起子载波间干扰(ICI)但时间同步误差将导致FFT处理窗包含连续的两个OFDM符号,从而引入了OFDM符号间干扰(ISI)并且即使FFT处理窗位置略有偏移,也会导致OFDM信号频域的偏移,从而造成信噪比损失,BER性能下降峰均比高产生原因:OFDM是多载波调制,多个子载波的累加会产生较大的峰值信号,使幅度范围变化很大OFDM信号的峰均功率比(PAPR)定义为 峰平比高解决方法: 1.信号畸变技术,包括限幅类技术和压缩扩张变换2编码类技术主要是对原始数据进行冗余编码,选择PAPR较小的码组作为OFDM符号发送,从而避免了信号峰值3.概率类技术,不是着眼于降低信号幅度的最大值,而是降低峰值出现的概率,一般而言,该类技术会带来信息冗余,缺点是计算复杂度太大,要进行多次IFFT运算,并且需要可靠传送边信息 (1)相位优化 (2)交织技术(3)冲激整形 (4)多音加法 (5)ACE动态星座扩展技术 软件无线电发展趋势:软件无线电这一概念一经提出,就得到了全世界无线电领域的广泛关注由于软件无线电所具有的灵活性、开放性等特点,使其在无线通信中获得了广泛应用。
随着研究的深入,软件无线电的民用潜力日益受到重视,民用研究已经成为软件无线电研究的主战场,尤其是在移动通信方面更具有广阔的发展空间,被比喻为第三代、第四代全球通信的基石东芝、诺基亚、摩托罗拉等各大通信公司总裁都宣布要从数字无线电向软件无线电转变,并正在为此不懈努力无论是GSM还是CDMA技术,解决不同公司、不同标准之间互通的最佳办法就是采用软件无线电解决方案 无论是现在广泛使用的第二代蜂窝通信系统还是即将登场的第三代移动通信系统,都有多种接口标准,这给全球通信造成了一定困难我们知道,现有的无线电接收/发送机大多采用流水式信号处理结构和专用集成电路来实现接收/发送,一般只适用于单一工作模式新的多波段、多速率、多模式、可升级和具有开放性结构的智能型无线接收/发送机鉴于软件无线电的特点以及在军用领域的逐渐深入研究,人们注意到软件无线电技术是解决这些问题的希望所在,并开始注重软件无线电技术在民用移动通信领域的研究与应用 SDR的应用范围非常广泛,如军事和许多民用系统在军事应用中,存在这样一些情况,即接收机的接收信号的特征是未知的,因此需要采用SDR概念在民用无线系统中,4G需要采用SDR技术来产生一个无缝隙网络环境和适合的通信。
这可通过在一个终端改变通信方案来实现例如,SDR终端不仅可在蜂窝系统间变换,而且可变化到其他系统,如WLAN,以避免通信中断SDR可根据用户需求或者信道环境重构系统,如一个用于看电影的高数据速率的通信信道或一个用于话音蜂窝通信的低速率信道射频全带宽低通采样软件无线电结构射频直接带通采样软件无线电结构 宽带中频带通采样软件无线电结构 2.实际环境下,接收机本振和发送载波频率不可能完全相等,相位上不可能同步; 且由于频率稳定性、多普列频移等因素。

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