现代电子技术 作者 龚建荣 殷晓莹 第7章 软件无线电与电子对抗新PPT推荐.pptx

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,2应用前景,1/30/2021,6,7.2软件无线电结构及其功能7.2.1软件无线电结构及其系统功能7.2.2软件无线电系统信道流程模块划分7.2.3对软件无线电关键资源需求的估计7.2.4软件无线电系统开放结构的软件工具问题,图7-1网络配置的相对空间对信道数据率的相关图,7.2.1软件无线电结构及其系统功能,1无线电通信结构的演变,1/30/2021,7,1/30/2021,8,图7-2理想软件无线电台结构,2理想的软件无线电台结构,1/30/2021,9,3实际的软件无线电结构以下简要地介绍一种目前较为通用的软件无线电系统结构，即中频数字化的软件无线电系统结构。

图7-3中频数字化的软件无线电结构（RF射频，DDC数字下变频，DUC数字上变频，DSP数字信号处理器）,1/30/2021,10,图7-4标准软件无线电结构相关性最大但耦合性最小（BPF带通滤波器，FEC前向误码控制，AGC自动增益控制）,7.2.2软件无线电系统信道流程模块划分,1/30/2021,11,1/30/2021,12,天线模块RF转换模块A/D/A转换模块中频（IF）处理模块基带处理模块比特流模块源模块端至端的定时预算功能,1/30/2021,13,7.2.3对软件无线电关键资源需求的估计,1系统需求和容量的标准化测量由于目前许多处理器包括管道式浮点运算或单指令蝶形操作，所以导致MIPS（MillionInstructionPerSecond）与MFLOPS（MillionFloating-pointInstructionPerSecond）这两种操作不能互换。

由于这两种操作都需要处理器时钟周期，故可用每秒百万次操作（MOPS）这一通用方式来表达。

1/30/2021,14,1/30/2021,15,1/30/2021,16,图1/730-/5202软1件工具扩展了功能，但相应工具的集成离无缝系统要求还差得很1远7,7.2.4软件无线电系统开放结构的软件工具问题,1/30/2021,18,7.3实现软件无线电系统的关键技术7.3.1宽带智能天线技术7.3.2软件无线电系统中的A/D转换7.3.3软件无线电系统中的DSP技术7.3.4软件无线电系统中的总线标准7.3.5软件无线电系统中的数字下变频7.3.6直接数字频率合成技术,1/30/2021,19,7.3.1宽带智能天线技术,1宽带智能天线的基本概念宽带智能天线在软件无线电通信中具有非常重要的功能。

它既有一个较宽的频率覆盖范围（如通常要求2MHz2000MHz宽），又具有自动感知干扰源的存在，并抑制其影响的能力，也具有自动增强所需信号的能力，并可兼容各种无线电通信制式。

它比传统的天线（如采用扩频技术或强定向天线等手段）具有更强的抗干扰能力。

图7-6移动卫星通信系统示意图,1/30/2021,20,图7-7自适应天线框图,

（1）自适应天线概述,1/30/2021,21,min=Eyyd2W信噪比量度,均方误差量度,1/30/2021,22,约束最优化,功率倒置,1/30/2021,23,1/30/2021,24,构成智能天线的另一个重要组成部分就是高分辨阵列信号处理部分。

它的主要目的是在信号的到达方向DOA（DirectionOfArrival）上进行高分辨估计以获得空间信号的主要参数。

（2）高分辨阵列信号处理技术,1/30/2021,25,最常用的空间谱估计法是Schmidt提出的MUSIC（MultipleSignalClassicfreation）算法，以后在MUSIC方法的基础上又提出了几种新算法。

MUSIC算法的基本原理是，先设天线有M个阵元，阵元间距为d，有p个不相关的窄带平面波信号Si（t）（i=1，2，p）入射到天线阵，到达方向分别为1,2,p。

空间谱估计算法,1/30/2021,26,1/30/2021,27,在基于参数估计准则的DOA估计方法中，较常用的是最大似然法。

采用这种方法的最大优点是具有较优的估计性能，而且可直接用于相干信号的方向估计。

它比上述的空间谱估计方法灵活，在短数据情况下也可获得较高的分辨力。

其缺点是由于涉及非线性全局优化，计算量大、复杂，在此不作进一步论述。

基于参数估计准则,图7-8实现智能化发射的功能框图,2实现智能天线的几项重要技术,（l）智能化发射技术,1/30/2021,28,1/30/2021,29,智能化接收主要包含两种类型，一类是空域处理技术（包括多种空域处理方法的组合），该技术只与天线阵列输出有关，一般不涉及具体的接收机，与常规的自适应天线技术相同。

另一类属空域时域处理，它包含了将接收机时域处理的一些先进技术及方法与空域处理相结合。

（2）智能化接收技术,1/30/2021,30,智能天线的硬件实现与具体应用的软件无线电系统接收机结构有一定的依赖关系，但它的最基本实现是天线阵的物理结构实现，多通道接收机及相应信号处理算法的实时实现。

最简单的天线阵可采用现有单元天线构成，但必须考虑天线阵的体积和阵元响应的一致性。

至于智能天线中信号处理算法的实时实现则可采用高速DSP或一些专用集成电路ASICs器件。

（3）硬件实现,1/30/2021,31,7.3.2软件无线电系统中的A/D转换,1常用A/D转换器的类型闪烁式A/D转换器逐次逼近式A/D转换器带通A/D转换器分区式A/D转换器正交抽样技术,1/30/图20271-11一种可用于实用软件无线电系统中的高速并行A/D转换方案,2A/D转换在软件无线电结构中的应用方案,32,1/30/2021,33,7.3.3软件无线电系统中的DSP技术,1软件无线电系统对DSP的特殊要求与现有的普通数字无线电通信系统不同，理想软件无线电系统要求对整个高频波段进行数字化，并且其后续的中频处理、基带、比特流及其他功能都必须用软件来实现。

2实用软件无线电系统前端的信号处理,图7-12HSP50016结构框图,1/30/2021,34,多重并行处理机制片内、片外存储器I/O部分在多重处理机制中的问题,3软件无线电系统中DSP的几种方案,图7-13两种DSP结构的比较,1/30/2021,35,图7-14两代多重处理机制的DSP结构比较,1/30/2021,36,1/30/2021,37,7.3.4软件无线电系统中的总线标准,1VME总线的特点使用的方便性与可靠性实时处理性性能优异并行机制,2VME总线的基本原理,数据传输总线优先中断总线DTB仲裁总线共用总线,图7-15VME总线原理图（DTB-DataTransferBus数据传输总线）,1/30/2021,38,1/30/2021,39,3适用于软件无线电结构的VME总线并行处理机制分析,单级模式优先模式轮转模式总线释放公式完成便释放（RWD）方式申请才释放（ROR）方式公平申请策略,1/30/2021,40,VME总线证明它有以下优点：

VME总线针对多处理器系统设计，应用性较强。

VME总线带宽、资源、功能远较其他总线领先，它的32位地址数据线，可寻址空间4GB，总线带宽也可达几十兆赫。

VME总线技术成熟可靠、抗震动、冲击能力强、电磁兼容性强。

VME总线是一种公认的未来工控系统总线标准的基础，支持面广，生命力强。

1/30/2021,41,7.3.5软件无线电系统中的数字下变频,数字下变频（DDC）技术可用于实用软件无线电结构的接收机中，而数字上变频（DUC）技术则可用于其发射机部分。

图7-16DDC的框图,1实用软件无线电结构中DDC原理分析,1/30/2021,42,设DDC输入信号为X（n），经正交正弦信号产生器产生的信号为：

相乘以后可得：

V（n）=X（n）cos（cn）jsin（cn）为便于讨论，设X（n）=cos（kn），则V（n）=cos（kn）cos（cn）jsin（cn）=cos（kc）n+cos（k+c）njsin（k+c）nsin（kc）/2V（n）经过低通滤波，只有低频成分W（n）=cos（kc）n+jsin（kc）n,1/30/2021,43,1/30/2021,44,Hsp50016是Harris公司的DDC专用产品，它是一块44管脚的专用芯片。

该芯片有8个40值的控制字控制其操作，其主要性能指标有如下几点。

输入样点速率为75Msps。

输入数据宽度16位，可用二进制原码，也可为二进制补码。

正交相乘器无失真动态范围大于102dB，即SFDR102dB。

2DDCHsp50016芯片原理及性能分析,1/30/2021,45,频率选择性小于0.006Hz。

同相支路（I）及正交支路（Q）有相同低能滤波器。

通带波纹小于0.04dB。

（7）抽取率从64131072。

有IEEEll49.1测试口。

其应用领域为蜂窝基站、智能天线、信道化接收机、软件无线电台频谱分析等。

图7-17DDC中频谱变换图,1/30/2021,46,图7-18DDC在信道调制及选择接收机中的应用原理框图,1/30/2021,47,1/30/2021,48,7.3.6直接数字频率合成技术,直接数字频率合成技术（DirectDigitalSynthesis，DDS）是近年来迅速发展起来的一种新型的频率合成技术。

图7-19DDS原理方框图,1DDS基本工作原理,1/30/2021,49,1/30/2021,50,模块NCO实现由数字频率值输入生成相应频率的数字波形，其工作过程如下。

以频率控制字确定一个频率值，该频率值以数字信号累加至相位累加器以生成实时数字相位信息。

数字相位“字”转换成正弦表中相应的数字幅度值“字”，该数字幅度值“字”是一种抽样数字信号，可用编码来表示，通常采用3种格式：

二进制偏移码、补码、带符号的幅度码。

1/30/2021,51,AD9850是AD公司生产的最高时钟频率为125MHz，采用先进的CMOS技术的直接频率合成器。

AD9850的组成包括：

一个高速DDS、一个高速、高性能D/A转换器、比较器等构成一个完全数字控制可编程频率合成器，并且是具有时钟产生功能的高集成度芯片。

2AD9850工作原理及特性,图7-20AD9850功能框图,1/30/2021,52,1/30/2021,53,由此可见，AD9850有以下特点。

（1）125MHz的时钟频率。

（2）集成在一块集成电路芯片上的高性能D/A转换器及高速比较器。

（3）40MHz模拟输出时，D/A转换器输出的抑制寄生动态范围SFDR（SFDR：

spuriousfreedynamicrange）50dB。

1/30/2021,54,（4）32bit