软件无线电原理与应用

　　软件无线电是最近几年在无线通信领域提出的一种新的通信系统体系结构，它的基本思想是以开放性、可扩展、结构最简的硬件为通用平台，把尽可能多的通信功能用可升级、可替换的软件来实现。本书专门介绍软件无线电基本概念、基本理论，软件无线电数学模型，软、硬件平台与算法的工程实现，以及软件无线电在军、民电子领域中的应用。本书内容全面，通俗易懂，实用性、可读性强。本书可供从事通信、个人移动通信、电子战、雷达、信号处理以及其他电子系统专业的工程技术人员作继续教育进修教材，也可用作高等院校相关专业高年级本科生或研究生的学习参考书。本书前言特色及评论文章节选第1章概述1.1软件无线电概念的由来无线通信在现代通信中占据着极其重要的位置，被广泛应用于商业、气象、军事、民用等领域。当代无线通信系统很多，例如，卫星通信系统、蜂窝移动通信系统、无线寻呼系统、短波通信系统、微波通信系统，等等。各种无线通信系统的调制方式也很多，有AM、FM、LSB、USB、ISB、FSK、PSK、MSK、GMSK、QAM，等等。其多址方式有：时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）和码分多址（CDMA）等。各种通信系统由于自身的特点而应用于不同场合。短波电台适合远距离传输，其所需的发射功率不大，传输的“中继系统”――电离层不会被摧毁；卫星通信能传播高质量的信息，所能提供的频带很宽；微波通信抗干扰能力强，适合大量的数据传输，但只能在点与点之间传输。由于无线通信具有设备简单、便于携带、易于操作、架设方便等特点，在军事通信领域是不可或缺的重要通信手段。然而，军用电台往往是根据某种特定的用途而设计的，功能单一，有些电台的基本结构相似，而信号特征差异很大。例如，工作的频段不同，有的在HF频段，有的在VHF、UHF频段，调制方式不同，波形结构不同，通信协议不同，数字信息的编码方式、加密方式不同，等等。电台之间的这些差异极大地限制了不同电台之间的互连互通。而且，由于不同频段的电台只能满足某些特定的要求，无法满足部队各种各样的军事需求，给协同作战带来了困难。经过几十年的发展，无线通信有了长足的进步。通信系统由模拟体制不断向数字化体制过渡，出现了许多中频数字化接收机。例如，德国R/S公司研制的宽带数字化接收机EBD900，主要用于无线电监视，其工作频率范围为20MHZ～2GHZ，搜索速度为4GHZ/s（25kHZ带宽），动态范围为80dB。又如，英国研制的PVS3800接收机，工作频率范围为0.5MHZ～IGHZ，是一种用于电子战环境中的宽带无线电通信监测接收机，可以实现搜索、监听、分析识别等功能；还可以根据需要，通过加载不同的软件，灵活地配置成各种不同功能的接收机，如PV3830截获接收机，PV3840分析接收机，PV3850监视接收机，等等。这些接收机尽管能够覆盖多个频段，但它们只能工作于单一的频段和模式，功能相对较少，灵活性不够，可扩展能力也较差，不同电台之间仍不能完全互通，无法完全满足现代军事通信的需要。在格林纳达冲突中，美军各种通信设备的不兼容性暴露无遗。在“沙漠风暴”行动中，由于盟军联合作战，需要及时有效的通信联络，这大大增强了通信保障的复杂程度，不得不借助许多额外的无线电台，才得以保证高效的通信联络。在民用通信中也存在互通性差的问题。在欧洲（主要是北欧、西欧）的第一代模拟网发展过程中，基本上各自为政，加入欧洲邮电会议（CEPT）的16个国家，分别共使用6种不同的制式。这些模拟通信体系的制式、频率各不相同，不能互通、兼容。虽然这些国家领土不大，但车一出国门电话就不通了，给喜欢周末驾车到邻国旅游的人们带来极大的不便。在第二代数字移动通信中，仍有许多种不同的通信体制，如GSM、AMPS、ETACS、PDC、DAMPS、CT2等，这些体制互不兼容，无论给用户还是给经营者都带来了极大的不便。（摘自1页）

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第一章  概   述 1                  
 第一节  软件无线电概念的由来 1                  
 第二节  软件无线电的发展概况 2                  
 第三节  软件无线电的基本结构 5                  
                   
 第二章  软件无线电理论基础 8                  
 第一节    信号采样理论 8                  
   一. 引言 8                  
   二. 基本采样理论――Nyquist采样定理 8                  
   三. 带通信号采样理论 11                  
 第二节    软件无线电中的采样理论 15                  
   一. 引言 15                  
   二. 窄带中频采样数字化 15                  
   三. 宽带中频采样数字化 16                  
   四. 射频直接带通采样原理 17                  
 第三节    软件无线电的理论基础?多速率信号处理 22                  
   一. 引言 22                  
   二. 整数倍抽取 23                  
   三. 整数倍内插 25                  
   四. 取样率的分数倍变换 27                  
   五. 取样率变换性质 28                  
   六. 抽取内插器的实时处理结构?多相滤波结构 29                  
   七. 取样率变换的多级实现 31                  
   八. 带通信号的取样率变换 33                  
 第四节    软件无线电中的高效数字滤波 38                  
   一. 引言 38                  
   二. 数字滤波器设计基础 38                  
   三. 适合于D＝2M倍抽取或内插的半带滤波器 43                  
   四. 积分梳状（CIC）滤波器 46                  
 第五节    软件无线电中的信号正交变换理论 52                  
   一. 引言 52                  
   二. 窄带信号的正交分解与模拟域实现 54                  
   三. 数字混频正交变换 57                  
   四. 基于多相滤波的数字正交变换 57                  
                   
 第三章   软件无线电数学模型 62                  
 第一节　软件无线电的三种结构形式 62                  
   一. 引言 62                  
   二. 射频全宽开低通采样软件无线电结构 62                  
   三. 射频直接带通采样软件无线电结构 64                  
   四. 宽带中频带通采样软件无线电结构 65                  
   五. 三种软件无线电结构的等效数字谱 66                  
 第二节  软件无线电接收机数学模型 69                  
   一. 引言 69                  
   二. 单通道软件无线电接收机数学模型 69                  
   三. 并行多通道软件无线电接收机数学模型 73                  
 第三节  多相滤波器组信道化接收机数学模型 74                  
   一. 引言 74                  
   二. 数字滤波器组与信道化基本概念 74                  
   三. 复信号的多相滤波信道化接收机数学模型 77                  
   四. 实信号的多相滤波信道化接收机数学模型 79                  
 第四节  软件无线电发射机数学模型 80                  
   一. 引言 80                  
   二. 单通道软件无线电发射机数学模型 80                  
   三. 多通道软件无线电发射机数学模型 84                  
 第五节  信道化软件无线电发射机数学模型 85                  
   一. 引言 85                  
   二. 发射机信道化的基本概念 85                  
   三. 信道化发射机复信号数学模型 86                  
   四. 信道化发射机实信号数学模型 89                  
                   
 第四章  软件无线电的硬件实现 94                  
 第一节  软件无线电前端电路 94                  
   一 . 软件无线电接收部分前端电路的结构 94                  
   二 . 接收部分性能分析 101                  
   三 . 软件无线电发射部分的硬件电路 105                  
 第二节 软件无线电中的A/D/A技术 107                  
   一.  AD转换器原理 107                  
   二 . AD转换器的性能指标 110                  
   三 . AD转换器的选择 116                  
   四 . 数据采集模块的设计 123                  
   五 . D/A转换器的基本原理 125                  
 第三节 软件无线电中的数字下/上变频器 129                  
   一.  软件无线电中的数字下变频器 129                  
   二 . 软件无线电中的数字上变频器 145                  
 第四节 高速数字信号处理器 152                  
   一. 引言 152                  
   二 . 几种典型DSP器件介绍 154                  
   三.  DSP器件软件编程 165                  
   四 . DSP器件在软件无线电中的应用举例 166                  
   五.  高速DSP系统设计应注意的几个问题 169                  
 第五节  一个实际的软件无线电试验平台 171                  
   一. 软件无线电试验平台接收机方案设计 171                  
   二. 软件无线电试验平台接收机的具体实现 174                  
   三. 发射部分硬件设计 176                  
   四.  软件无线电试验平台性能测试 177                  
                   
 第五章  软件无线电中的信号处理算法 183                  
 第一节　软件无线电中的调制算法 183                  
   一. 信号调制通用模型 183                  
   二. 模拟信号调制算法 184                  
   三. 数字信号调制算法 187                  
 第二节　软件无线电解调算法 193                  
   一. 信号解调通用模型 193                  
   二. 模拟调制信号解调算法 195                  
   三. 数字调制信号的解调算法 198                  
 第三节   软件无线电中的同步技术 203                  
   一.  载波同步 203                  
   二 . 位同步(定时提取) 204                  
   三 . 帧同步 205                  
   四 . 载波相位和定时相位联合估计的最大似然算法 205                  
 第四节　信号调制样式自动识别 207                  
   一. 引言 207                  
   二. 模拟调制信号的自动识别 207                  
   三. 数字调制信号的自动识别 210                  
   四. 模拟数字调制信号的联合自动识别 211                  
   五. 信号调制样式自动识别中应注意的几个问题 213                  
   六. 基于人工神经网络的调制识别 217                  
                   
 第六章　基于软件无线电的智能天线 220                  
 第一节　智能天线的基本概念 220                  
   一. 引言 220                  
   二. 智能天线基本原理?线阵波束形成 221                  
   三. 圆形阵的多波束形成 224                  
   四. 多波束形成天线的实现方法 225                  
 第二节　基于软件无线电的智能天线组成结构 227                  
   一. 引言 227                  
   二. 单信道智能天线结构 227                  
   三. 多信道智能天线的组成 228                  
   四. 多相滤波信道化智能天线 229                  
 第三节　智能天线基本算法 229                  
   一. 引言 229                  
   二. Capon波束形成算法 230                  
   三. 空间零点预处理波束合成 231                  
                   
 第七章　软件无线电在电子系统中的应用 235                  
 第一节　软件无线电在个人移动通信中的应用 235                  
   一. 引言 235                  
   二. 软件无线电基站接收分系统 236                  
   三. 软件无线电基站发射分系统 241                  
   四. 软件无线电基站的技术挑战 244                  
   五. 软件无线电手持终端（移动手机） 246                  
 第二节　软件无线电在军事通信中的应用 249                  
   一. 引言 249                  
   二. 软件无线电的先驱?MBMMR电台 249                  
   三. 联合战术无线电系统（JTRS） 250                  
 第三节　软件无线电在电子战中的应用 253                  
   一. 引言 253                  
   二. 软件化电子战侦察接收机 253                  
   三. 基于多相滤波的软件信道化接收机 257                  
   四. 软件化通信电子战干扰发射机 260                  
   五. 新一代阵列处理软件化电子侦察系统 260                  
 第四节     软件无线电在雷达和信息家电中的应用 263                  
   一. 引言 263                  
   二. 软件无线电在雷达中的应用?"软件雷达" 263                  
   三. 软件无线电在数字电视系统中的应用?信息化家电 265