[信息与通信]第二章软件无线电基本理论.ppt

第二章 软件无线电理论基础 §2.1 信号采样理论 软件无线电的核心思想是对天线感应的射频模拟信号尽可能地直接数字化，将其变为适合于数字信号处理器（DSP）或计算机处理的数据流，然后由软件（算法）来完成各种各样的功能，使其具有更好的可扩展性和应用环境适应性。 所以，如何对所感兴趣的模拟信号进行采样？采样率应该多大？软件无线电的采样有些什么特性？成为了最基本，也是最关键的问题 信号采样图示 2.1.1 基本采样理论 — Nyquist采样定理 Nyquist采样定理 设有一个频率带限信号 x(t)，其频带限制在 ( 0, fh ) 之间，如果以不小于fs＝2fh 的采样速率对 x(t) 进行等间隔采样，得到时间离散的采样信号 x(n) ＝ x(nTs) （其中Ts＝1/fs称为采样间隔）,则原信号 x(t) 将被所得的采样值 x(n) 完全地确定。 If ( ) 混叠 so, ? 2.1.2 带通信号采样理论 如果信号的频率分布在某一有限的频带 (fL，fH) 上时，如果仍然按照Nyquist定理采样，则采样频率将会非常的高，以致很难实现。其后的处理也很难满足要求，怎么办？ 注意： 1） 上述采样定理的适用前提条件是：只允许在其中的一个频带上存在信号，而不允许在不同的频带上同时存在信号，否则将引起混叠。 2） 为了能使用最低采样速率即：f S = 2B ，带通信号的中心频率必须满足 即信号的最高频率加上最低频率是带宽的整数倍。 3） 带通采样的结果是把位于 ( nB, (n+1)B ) ( n=0, 1, 2 …. ) 不同频带上的信号，都挪位于 (0, B) 上相同的基带信号频谱来表示，但是当 n 为基数时，其频率对应关系是相对于中心频率“反折”的，即奇数通带上的高频分量对应基带上的低频分量，奇数通带上的低频分量对应基带上的高频分量。 §2.2 软件无线电中的采样理论 由于软件无线电所覆盖的频率范围比较宽（软件无线电广泛的适应性决定的），故采用Nyquist采样定理是不现实的。所以，必须采用带通采样。 以下是在软件无线电中常用的采样模型。 2.2.1 窄带中频采样数字化 理想能成为现实吗？ 1）由带通采样定理知：当采样速率fs固定的时候，该模型所能处理的信号的中心频率只 有有限的几个，即： 2）该模型要求 A/D 前面的抗混叠滤波器在整个频带上保持相同的滤波器带宽和阻带特性，这几乎是不可能做到的。 问题的解决?超外差接收体制 该模型先用一个本振信号与被数字化的输入信号进行混频，将其变换为统一的中频信号，然后进行数字化。 这样，A/D之前的信号的中心频率是固定不变的，如果 fo 取值恰当，则A/D前的抗混叠滤波器就会容易的多。 有得必有失，亘古不变。新问题 ？？ 回顾无线电的设计思想： A/D尽可能的靠近天线。 超外差体系： 增加了很多模拟电路，如：本振， 混频，滤波等等。这些模拟电路不仅造成了信号的失真，而且对缩小体积，降低成本和功耗也是极其不利的。 总之，超外差中频数字化体制严格来将并不是软件无线电概念上的一种理想结构形式。其过多的模拟信号处理环节造成的适应性不强，可扩展性差的弊端是显而易见的。 2.2.2 宽带中频采样数字化 2.2.2 宽带中频采样数字化 2.2.2 宽带中频采样数字化 2.2.2 宽带中频采样数字化 2.2.2 宽带中频采样数字化 主要特点： 1） 处理带宽B Bs（信号带宽），中频带宽内包含有多个信道，至于对带宽B内位于某一特定信道上的信号所需进行的解调、分析、识别等处理，将由后续的信号处理器及软件来完成。 2） 通过加载不同的信号处理软件可以实现对不同体制，不同带宽以及不同种类的信号的接收解调以及其他处理任务，这样对信号的环境的适应性以及可扩展能力就大大提高了。 3） 由于中频带宽增加了，本振信号就可以按照大步进来设计，这样可以大大简化本振源的设计，有利于减小体积，改善性能，降低成本。 2.2.3 射频直接带通采样原理 主要特点： 1）以上模型通常用于单独对一个信号进行接收解调的时候。 2