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软件无线电复习资料
复习——第一章（无线电系统技术概述）
1.理解常见无线电技术中的AGC技术，超外差接收技术和双工技术。
低噪放大技术、自动增益控制技术、超外差接收技术、收/发双工技术
噪声系数的定义：
将无线电接收机看成是多级电路网络构成的系统，则整个级联系统的噪声系数为：
接收灵敏度影响因素：
外部噪声、内部噪声和电路系统的非线性失真等
提高接收灵敏度的方法：
在接收机前端增加一个射频放大器，并使其噪声系数尽可能小，一般采用低噪声放大器
为使接收机输出信号的强度相对稳定，接收机的增益就应随着输入信号强度的大小自动调整，这一技术即为自动增益控制。
AGC提高了接收机的动态范围
AGC的工作原理：
按负反馈原理工作
压缩比：
即输入电平变化量VRi与输出电平变化量VRO之比（或dB差）：
接收机的动态范围：
接收机在输出信号不变的条件下，可接收的最大功率Pmax与最小功率Pmin之比:
超外差技术：
通过混频器本振频率fL和选频滤波器中心频率f0=fRF同步改变来实现中频频率fIF固定不变。
（中频频率fIF是射频频率和本振频率差拍的结果）
镜频干扰
中频频率是射频频率和本振频率差拍的结果，即
比本振信号分别高和低一个中频频率的信号经混频后都会进入到接收机的中频信道中
两个信号在射频上对称地位于本振频率两侧，互为镜像，因此被称为镜频干扰
镜频干扰抑制效果用镜频干扰抑制比来表征
超外差接收机要获得好的镜频抑制比，应该采用高中频的系统方案
常见的收/发双工技术：
时分双工、频分双工和环形器双工
2.无线模拟通信系统、无线数字通信系统、数字无线电技术比较、软件无线电比较。
除调制/解调外，无线数字通信系统与无线模拟通信系统相同
无线数字通信系统与无线模拟通信系统的根本区别：
（1）信源的数字化；
（2）调制/解调
传输信道中其它各环节仍相同，如信道分离、混频和滤波等，但模拟信道技术结构复杂、集成度低、体积功耗大，运用不灵活。
模拟无线电技术中，信号处理大多采用实信号处理技术，而数字无线电则多采用复信号处理技术，即采用正交双通道技术
3.实现正交双通道的关键。
实现正交双通道的关键有两个
1）需要产生两个正交本振
2）需要严格保证两通道的幅度平衡
若上述条件无法满足，则会产生镜像信号，造成镜像干扰
4.硬件无线电与软件无线电的主要区别。
硬件无线电是指无线电设备的功能由硬件结构确定，系统的工作很少或没有软件参与，在功能上是固定的。
软件无线电技术可以多频带/多模式/多功能工作，具有可重编程、可重配置能力。
模拟无线电和数字无线电都属于硬件无线电；数字无线电+软件无线电和重配置技术构成软件无线电。
5.数字无线电常见结构。
根据A/D转换在数字无线电系统中所处的位置分类
零中频数字基带的结构：
中频频率为零，不存在一般超外差接收机中的镜频干扰问题
超外差式数字基带的结构：
中频频率固定
超外差式数字中频的结构：
中频频率固定
6.软件无线电的定义、特点及软件无线电的中心思想。
软件无线电的定义：
软件无线电是将模块化、标准化的硬件单元以总线方式连接构成基本平台，并通过软件加载实现各种无线电功能的一种开放式体系结构。
特点：
功能的灵活性、结构的开放性、成本的集中性。
可以多频带/多模式/多功能工作、具有可重编程、可重配置能力。
其中心思想是：
构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成，并使A/D和D/A转换器尽可能靠近天线，以实现具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。
7.软件无线电的分级。
第0级：
数字硬件无线电（基本不可改变）
第1级：
软件控制无线电（可以改变一些功能，例如功率水平和互连方式不能改变像频带或调制方式这样的特征参量）
第2级：
软件定义无线电（使用软件对调制、宽/窄带、安全、波形产生和检测进行控制，但通常受到频率的约束。
通常模数和数模变换只能在中频及以后出现）
第3级：
理想的软件无线电（它完全可编程，直接在射频前端进行模数和数模变换，消除了大部分模拟部件，降低了失真和噪声）
第4级：
终极软件无线电（完全可编程，无外置天线，不受运行频率和带宽的限制，能快速实现空中接口的检测和转换）基于盲源分离
总结：
随级别的提高，系统的灵活性逐步提高，通常所说的软件无线电一般是指第2级和第3级
8.理想的软件无线电的组成结构。
结构的核心是：
使模拟信号转换为数字信号的部分尽可能接近天线
复习——第二章（信号采样理论与模数前端技术）
1.低通、带通采样定理及应用。
低通抽样定理：
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。
欠采样，频谱混叠
过采样，不混叠
等采样，不混叠，其采样率称为Nyquist采样率
带通采样定理：
设一个频率带限信号x（t），其频带限制在（fL,fH）内，如果其采样速率fs满足：
式中，M取能满足fs>=2（fH-fL）=2B的最大整数（0,1,2,…），则用fs进行等间隔采样所得到的信号采样值x（nTs）能准确的确定原信号x（t）。
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：
fs=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（奇数倍）,fL=nB。
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，因此，带通采样有等效混频的作用，这是低通采样所没有的。
4）但是，当n为奇数时，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.软件无线电中的几种常用ADC及其特点。
逐次逼近式、并行比较式、子区式可以获得较高的采样速度，可用于软件无线电系统。
逐次逼近式ADC结构简单但速度不能很高，并行比较式ADC速度高但结构复杂，引入子区式ADC→结构相对简单而且速度又较高。
3.ADC的各种性能指标，SNR和ENOB的计算，过采样的好处。
1）分辨率：
ADC所能分辨的输入模拟量的最小值
用输入的电压（电流）最小值表示（设输入范围（0~UREF）
此变化量称为1个LSB
用百分比表示
用ADC的转换位数N表示位数越多，分辨率的值越小，分辨率越高。
2）转换时间和采样速率
转换时间（tCON）指ADC完成一次转换所需要的时间，即从转换开始到输出端出现稳定的数字信号所需要的时间，它的倒数称为转换速率
采样速率（fs）考虑了器件延迟等因素的影响，是转换时间和器件延迟时间之和的倒数，它更能反映出ADC的实际转换性能，单位一般用sps（样点每秒）表示
3）转换误差
绝对误差：
输出数字量对应的理论值与实际值之间的差值，通常用LSB的倍数表示，例如：
，
。
相对误差：
绝对误差与模拟满量程值的比值，通常用百分数表示，例如：
，
ADC的转换精度由转换误差和分辨率（转换位数）共同决定
转换误差包括增益误差、偏移误差、非线性误差等等，它们都会对ADC的转换精度造成影响
4）量化信噪比
在量化过程中，会产生量化噪声。
量化噪声：
量化误差对信号的影响等效于在信号上叠加了噪声。
当只考虑量化噪声的影响时，采样后信号与噪声的功率之比称为量化信噪比。
当采用均匀量化，且输入为正弦满幅信号时，
结论：
量化信噪比与量化位数有关，量化位数每提高1位，量化信噪比提高约6dB.
采用过采样的方法，可以改善A/D转换的输出信噪比，改善程度取决于过采样的倍数
被称为过采样处理增益。
5）孔径误差
在实际的A/D转换中，转换需要一定的时间tCON，称为孔径时间。
在孔径时间内由输入信号变化引起的转换误差Ve，称为孔径误差。
采样保持有两种工作状态：
跟踪和保持。
6）无杂散动态范围
理想ADC的输入和输出成线性关系，但实际的ADC往往存在着非线性
从静态特性看，非线性会引入转换误差
从动态特性看，非线性会引入谐波失真（单频率输入时）或互调失真（两个以上频率输入时），也称为杂散，两种失真对系统的影响用无杂散动态范围（SFDR）来表征
SFDR的定义为：
当输入为单频正弦信号时，其输出端的正弦信号功率与输出功率谱上最大杂散分量功率之比
7）有效转换位数
ADC所获得的实际转换位数不仅取决于转换器件的转换位数，还与系统的采样速率、转换误差、孔径误差和PCB抗电磁干扰性能等因素有关
实际可获得的等效转换位数称为有效转换位数（ENOB），它的计算公式为：
其中，SNR是ADC输出的实际信噪比，用dB表示。
4.SNR和SFNR的比较。
SFDR与SNR之间的区别：
SFDR表征的是A/D转换输出信号与它的最大杂散分量之间的相对功率关系，SFDR与它的杂散是相关的；
SNR反映的是信号与噪声相对功率关系，信号与噪声是不相关的
5.软件无线电中的几种常用DAC及特点，阶梯重构的概念。
D/A转换器的主要电路形式有：
1）权电阻网络D/A转换器（电阻加权型）：
权电阻的排列顺序和权值的排列顺序相反。
权电阻网络D/A转换器的特点：
①优点：
结构简单，电阻元件数较少，转换速度较快；②缺点：
阻值相差较大，制造工艺复杂，不利于转换精度的控制和电路的集成。
2）R-2R倒T型电阻网络D/A转换器（综合加权型）：
整个网络的等效输入电阻为R。
倒T型电阻网络D/A转换器的特点：
①优点：
电阻种类少，只有R和2R，提高了制造精度；而且支路电流流入求和点不存在时间差，提高了转换速度。
②应用：
它是目前集成D/A转换器中转换速度较高且使用较多的一种，如8位D/A转换器DAC0832，就是采用倒T型电阻网络。
3）权电流型D/A转换器（电流加权型）：
在权电流式DAC中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。
与理想采样信号的重构相比，实际的输出一是存在模数变换时引入的量化误差，二是输出模拟信号的时域波形不是连续变化的，而是阶梯变化的，因此DAC的实际输出不再与理想的重构信号相同。
实际DAC的输出重构也称为阶梯重构。
6.实际的软件无线电的系统可分为哪几种结构形式？
相应的系统结构框图，特点。
根据软件无线电系统中射频接收信号采样方式的不同，实际的软件无线电系统可分为三种结构：
射频低通采样结构理想的软件无线电
射频带通采样结构
软件定义无线电（SDR）
中频带通采样结构
1）基于射频低通采样结构软件无线电系统
系统结构：
系统特点：
基于射频低通采样结构的软件无线电系统是一种理想的软件无线电系统。
这种系统的输入、输出都是在射频上基于低通采样定理进行采样，因而具有最大的灵活性和全部的可编程性。
这种结构要求系统的处理带宽为整个频段，因此对A/D、D/A转换器的转换速率、工作带宽等参数的要求很高，在实际应用中往往受到实际器件水平的控制。
目前的软件无线电的通信系统，其处理频段为中波段到S波段，其处理带宽达到3GHz,因此要求A/D、D/A转换器的转换速率达到6GHz以上。
目前的器件还不能满足这样的要求，即使满足此要求，对系统的实时的信号处理的速度也要求太高，目前还无法实现。
为此，基于射频低通采样结构的软件无线电系统在目前的应用中只适用于较低频段，如软件无线电的短波通信系统。
2）基于射频带通采样结构的软件无线电系统
系统结构：
系统特点：
基于射频带通采样结构的软件无线电系统的射频输入是基于带通采样的，其射频输出仍然是基于低通采样的。
由于射频带通采样只能同时处理一定频段的射频信号，系统对宽频段射频信号的覆盖需要通过模拟的电调谐带通滤波器分时来完成，从而降低了系统的灵活性和可编程性，其并行处理通道数也相对较少。
但是这种结构所需的A/D转换器的转换速率要求降低，更容易获得实际的器件；输出数字信号的数据率也随之减少，因而也降低了对实时信号处理的要求。
3）基于中频带通采样结构的软件无线电系统
系统结构
系统特点
基于中频带通采样结构的软件无线电系统的频带覆盖是由接收机的第一级本振频率的步进变化来分时完成，比射频带通采样更容易实现。
这种结构所需的A/D和D/A转换器的转换速率要求都较低，输出数字信号的数据率减少，对数字信号处理速度的要求也降低，因此，这种结构的系统具有高的性价比。
这种结构与中频数字无线电系统的结构比较类似，但其信号处理的方式差别较大。
基于中频带通采样结构的软件无线电系统处理的都是多个信道的信号，因此其中频是宽带的，信道的分离以及信号的调制、解调等都由软件来完成。
由于这种结构涉及的模拟电路最多，因此系统的可扩展性、灵活性和可编程性也最差。
7.主采样，盲区采样的概念，原理。
射频带通采样结构中，因受实际带通滤波器的影响，采样后的频段覆盖不再连续，需要采用另外的采样频率进行补偿，为了区别，称原来的采样为主采样，称补偿的采样为盲区采样。
根据带通采样定理，为了对中心频率为f’om的这一“盲区”频带进行采样数字化，所要求的采样速率为：
易知“盲区”中心频率为：
下式代入上式，可得：
在式中，m取不同的值对应不同的“盲区”，而n的选取应尽量使fsm靠近fs（但小于fs），以减小采样振荡器的频率设置范围。
所以可以取n＝m＋1，这时有：
“盲区”采样频率确定后，并不意味着就能实现无“盲区”采样，还必须对滤波器的特性（矩形系数r）提出一定要求，否则采样“盲区”可能仍然无法消除。
由
或
，对于射频带通采样结构的软件无线电系统，当其主采样频率一定时，需要多个盲区采样频率才可能通过分时处理的方式实现频段的连续覆盖。
另外，无论是主采样还是盲区采样，都要求相应的电调谐滤波器具有相同的矩形系数。
当系统所采样处理的射频信号的频段范围太宽时，要求电调谐滤波器的带宽相同，矩形系数也相同，而中心频率的范围很大，因而其Q值也很大，这几乎是不可能做到的。
因此，基于射频带通采样结构的软件无线电系统特别适合于窄带的数字无线电系统和射频信号频段范围不太宽的软件无线电系统。
复习——第三章（多速率信号处理与数字前端技术）
1.采样率变换的作用。
降低A/D后的数据流速率，以及在发射信道，基带信号经调制后，提高信号的数据率；改善信噪比。
多速率信号处理的目的就是在不使信号失真的前提下改变信号的采样率。
减小信号的采样率以减少数据冗余的过程称为信号的抽取；
增大信号的采样率以增加数据冗余的过程称为信号的内插。
2.抽取的完整结构，其抗混叠滤波器截止频率。
完整的抽取器方框图：
要使频谱不混叠，抽取后的采样率fs2>=2fmax
在设计抗混叠的数字滤波器时，为了既保证有用信号的正常通过，又不使抽取后信号混叠，其带通截止频率一般应大于有用信号的最高频率，其阻带起始频率应小于抽取后采样率的一半。
3.内插的完整结构，其低通滤波器截止频率。
完整的内插器方框图：
理想低通滤波器的截止频率应满足
。
4.分数倍采样率变换的实现方法。
先内插，后抽取
取样率的分数倍变换
为了防止频谱混叠，应满足
5.降低滤波器运算量的方法。
纹波越小，过渡带越窄，采样率越高，则滤波器阶数越高。
滤波器阶数越高，过渡带越窄，但运算量越大。
——可以采用多相分解的方法降低运算量。
抗混叠滤波器常用FIR滤波器，设其阶数为N,并将其分为D组（N为D的整数倍），则每组长度为L=N/D,这种分解称为多相分解。
6.N阶滤波器，fs采样率，D倍抽取（或I倍内插）时，是否采用多相滤波器与整个抽取（或内插）所需运算量（运算速率）的关系（会计算）。
由等效前的结构，输入数据x（n1）是逐一进入到每相滤波器的，对于每相滤波器，其阶数为L，D相滤波器所需复数乘加的次数为N=DL.运算量大。
在多相滤波的等效结构（先抽取，后滤波）中，由于抽取在每相滤波之前，因此输入数据x（n1）是每隔D个进入到每相滤波器的。
从各相滤波器数据输入的规律看，x（n1）是一个一个轮序进入到各相滤波器的，每隔D个循环一次。
因此，对于每相滤波器，虽然其阶数仍为L,但其输入的数据量经抽取后下降了D倍，其复数乘加的次数为N/D.
与采用多相滤波的抽取系统一样，采用多相滤波的内插系统也可以等效为一个换向开关结构。
因此，所需的运算速度由每秒Nfs次复数乘加降为每秒Nfs/I次复数乘加。
相当于整个内插所需的运算量由N次复数乘加，降为N/I次复数乘加。
多相分解大大降低运算量：
每秒Nfs次降为每秒Nfs/D次
7.滤波器多级实现的好处，每级低通滤波器设计注意的问题
高倍内插系统的实现由单级实现变为多级实现后，滤波器的阶数大为减小。
由于采样率变换的多级实现可以大大降低变换所需的运算量，因此在设计采样率变换系统时，其变换倍数应尽量选用易于分解的数（D=D1D2，I=I1I2），并尽量分解为多级结构，以最大程度地降低变换系统所需的运算量。
8.HB滤波器和积分梳状滤波器的主要特点和应用范围。
1）半带滤波器（HB滤波器）
所谓半带滤波器，是指其频率响应
满足以下关系的FIR滤波器：
即：
阻带和通带相等，阻带和通带波动相同。
是一种特殊的对称的FIR滤波器
可以证明，半带滤波器有如下性质：
半带滤波器在除n=0外的偶数点上的冲激响应系数都为0，运算量比一般FIR滤波器减少一半。
半带滤波器适合于D=2M内插或抽取。
因为半带滤波器在除n=0外的偶数点上的冲激响应系数都为0，半带滤波器的设计只要设计奇数序号的系数，且运算量比一般FIR滤波器减少一半。
2）积分梳状（CIC）滤波器
所谓积分梳状滤波器，是指该滤波器的冲激响应具有如下形式：
根据Z变换的定义，CIC滤波器的Z变换为：
积分梳状滤波器的实现：
H1为一个积分器，H2的频率响应象一把梳子，故把它形象的称为梳状滤波器。
两者级联后构成积分梳状滤波器（CIC滤波器）。
CIC滤波器可用于抽取系统和内插系统
CIC滤波器呈现低通滤波器特性。
主瓣为通带、过渡带和部分阻带，副瓣全为阻带。
注意：
1）单级CIC的旁瓣电平比较大，只比主瓣电平低13.46dB（主副比），这就意味着衰减很差。
（P87）
为了降低旁瓣电平，常常采用多级CIC级联的方法来解决。
2）可计算，Q级级联的CIC的旁瓣电平比主瓣电平低13.46·QdB。
Q越大，其阻带抑制效果越好。
CIC也可用作内插系统的输出滤波器
对于CIC滤波器，当信号带宽fc,CIC滤波器的级数Q及其通带纹波系数确定后，要使滤波器的通带性能越好，那么抽取的倍数D越小越好，信号的采样率fs应越大越好。
因此，CIC滤波器适宜于在抽取系统的第一级或内插系统的最后一级。
综合CIC滤波器和半带滤波器，可实现
倍抽取和内插的高效的采样率变换
9.数字上变频器和下变频器的系统结构，在信道分离/合成中的作用。
数字上变频器（DUC）的作用是将低采样率的数字基带信号转换为高采样率的数字射频/中频信号。
因此在上变频前首先要对信号进行内插以提高信号的采样率。
数字下变频器（DDC）的作用是将实数的数字中频信号转换为复数的数字基带信号，其正交性由数控振荡器输出的正交本振来保证。
经下变频器后的数字基带信号一般都处于比较严重的过采样状态，因此在下变频一般都需要进行抽取处理。
复习——第四章（基带处理理论与数字基带技术）
1.画出信号调制通用模型并说明其基本原理
在软件无线电发射机中，信号调制是基于正交调制理论，其实现是通过数字上变频来完成的。
正交调制要求输入的基带信号为正交信号，因此，数字化的调制信号需要根据不同的调制方式进行相应的正交处理。
2.画出信号解调通用模型并说明其基本原理
在软件无线电接收机中，信号的解调首先通过数字下变频完成信道分离、正交分解和采样率变换，得到基带的复信号，然后根据不同的调制方式，对基带信号进行相应的处理，从而解调出调制信号。
3.载波同步分类，几种自同步法基本原理
载波同步的方法可以分为两类：
第一类：
插入导频法.（也称为外同步法）
发送有用信号的同时发送导频信号（较少采用）
在已调信号的频谱中再加入一个低功率的线谱，其对应的正弦波就是导频信号，在接收端可以利用窄带滤波器把它提取出来，再经过适当的处理形成接收端的相干载波。
1）频域插入法
在抑制载波的信号中插入导频。
（DSB信号为例）
一般，插入的导频并不是加在调制器上的载波，而是相移90°的正交载波。
即：
2）时域插入法
用于数字通信系统，从时间上区别数字信号和导频信号。
具体，在每一帧中，除了传送数字信息，还传送各种同步信息。
第二类：
直接法.（也称为自同步法）
从收到的信号中提取。
这种方法是设法从接收信号中提取同步载波。
有些信号，如DSB-SC、PSK等，它们虽然本身不直接含有载波分量，但经过某种非线性变换后，将具有载波的谐波分量，因而可从中提取出载波分量来。
下面介绍几种常用的方法。
1）平方变换法（平方环法）
所谓平方变换法就是对输入信号进行平方后，获取所需的载波。
原理图如下：
为了改善平方变换法输出载频的信号质量，可以用锁相环替代窄带滤波器，故称为平方环法。
此方案的缺点：
相位含糊性、错误锁定
2）同相正交锁相环法（科斯塔斯环法）
在此环路中，压控振荡器（VCO）提供两路互为正交的载波，与输入接收信号分别在同相和正交两个鉴相器中进行鉴相，经低通滤波之后的输出均含调制信号，两者相乘后可以消除调制信号的影响，经环路滤波器得到仅与相位差有关的控制电压，从而准确地对压控振荡器进行调整。
科斯塔斯环除了能提取载波，还同时具有解调功能，被广泛应用与许多无线电接收机中。
两类载波同步方法比较：
插入导频法优缺点：
有单独的导频信号，一方面可以提取同步载波，另一方面可以利用它作为自动增益控制；
有些不能用直接法提取同步载波的（如SSB）只能用插入导频法；
占用一定的发射功率，在总功率相同时，实际信噪比较小。
直接法优缺点：
不占用导频发射功率，在总功率相同时，实际信噪比较大；
可以防止导频和信号间由于滤波不好而引起的互相干扰，也可以防止信道不理想引起导频相位的误差；
有些不能用直接法提取同步载波的（如SSB）只能用插入导频法。
4.位同步分类，几种自同步法基本原理
位同步是正确取样判决的基础，只有数字通信才需要，并且不论基带传输还是频带传输都需要位同步。
实现方法也有插入导频法（外同步法）和直接法（自同步法）。
外同步（插入导频法）
1）频域插入法
在发射端专门发射导频信号。
具体来说，可以在基带信号频谱的零点处插入所需的导频，在接收端经中心频率为1/Tb的窄带滤波器从解调的基带信号中提取。
2）时域插入法
在每一帧中，除了传送数字信息，还传送各种同步信息。
自同步（直接法）——主要方法
这一类方法是发端不专门发送导频信号，而直接从接
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