軟件無線電的理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用的詳細(xì)資料說明

　　本文主要介紹了軟件無線電的概念、主要原理、關(guān)鍵技術(shù)及在生活中的廣泛應(yīng)用。它是以開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用性、可擴(kuò)展的硬件為平臺，通過加載各種應(yīng)用軟件來實現(xiàn)不同用戶，不同應(yīng)用環(huán)境的不同需求，是以現(xiàn)代通信理論為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號處理為核心，以微電子技術(shù)為支撐的新的無線電通信體系結(jié)構(gòu)，是數(shù)字無線電的高級形式。首先介紹了軟件無線電的理論基礎(chǔ)，即帶通采樣理論，多速率處理信號技術(shù)，高效信號濾波，數(shù)字正交變換理論，這些都是軟件無線電實現(xiàn)的理論基礎(chǔ)，然后是其關(guān)鍵技術(shù)，寬帶智能天線技術(shù)，A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，數(shù)字上/下變頻技術(shù)，數(shù)字信號處理部分，這些技術(shù)是實現(xiàn)軟件無線電的關(guān)鍵和核心所在。最后，對其應(yīng)用領(lǐng)域也進(jìn)行了描述，指出其在個人移動通信，軍事通信，電子站，雷達(dá)和信息加電中的巨大潛力。

　　軟件無線電這個術(shù)語最早是美軍為了解決海灣戰(zhàn)爭中多國部隊各軍種進(jìn)行聯(lián)合作戰(zhàn)時遇到的互通互操作問題而提出的新概念。陸，海，空三軍簡單就工作頻段來分，解決了互不干擾問題，但三軍聯(lián)合作戰(zhàn)時互通，互聯(lián)，互操作問題難以解決，于是 1992年提出了軟件無線電的最初設(shè)想，并于1995年美國國防高級研究計劃局提出了SPEAKEASY計劃，稱之為易通話計劃，其最終目的是開發(fā)一種能適應(yīng)聯(lián)合作戰(zhàn)要求的三軍統(tǒng)一的多頻段，多模式電臺，即MBMMR電臺。進(jìn)而實現(xiàn)聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)（簡稱JTRS），它是在MBMMR的基礎(chǔ)上提出的一種戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)。軟件無線電以開放性，標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化，通用性，可擴(kuò)展的硬件為平臺，通過加載各種應(yīng)用軟件來實現(xiàn)不同用戶，不同應(yīng)用環(huán)境的不同需求，實現(xiàn)各種無線電功能，選用不同軟件可實現(xiàn)不同功能，軟件可以升級更新，硬件也可像計算機(jī)升級換代，可稱為超級計算機(jī)。它是以現(xiàn)代通信理論為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號處理為核心，以微電子技術(shù)為支撐的新的無線電通信體系結(jié)構(gòu)，是數(shù)字無線電的高級形式。

　　一、軟件無線電的理論基礎(chǔ)

　　? 采樣理論：由于軟件無線電所覆蓋的頻率范圍一般都要求比較寬，例如從0.1MHZ到2.2GHZ，只有具有這么寬的頻段才能具有廣泛的適應(yīng)性。對于如此寬的頻帶采用Nyquist低通采樣所需的采樣速率至少要大于4.4GHZ，在目前很不實際。所以無法使用Nyquist采樣定理，而必須采用帶通采樣。一種接近理想化的軟件無線電設(shè)計方案稱為射頻直接帶通采樣軟件無線電體制，在天線與A/D間只存在跟蹤濾波器和放大器，與軟件無線電所要求的A/D盡可能靠近天線的設(shè)計宗旨完全一致。

　　? 多速率信號處理：帶通采樣定理大大降低了所需的射頻采樣速率，但從軟件無線電的要求來看，帶通采樣帶寬應(yīng)越寬越好，對信號有更寬的適應(yīng)性，這樣就應(yīng)當(dāng)使采樣速率盡可能地寬。然而又會導(dǎo)致后續(xù)的信號處理速度跟不上，因此要對A/D后的數(shù)據(jù)流進(jìn)行降速處理。抽取和內(nèi)插是最基本最重要的基本理論，對于軟件無線電的研究及數(shù)字下/上變頻器的實現(xiàn)有重大作用。整數(shù)倍抽取是把原始采樣速序列x（n）每隔（D-1）個數(shù)據(jù)抽取一個，形成一個新序列xD（m），即xD（m）=x（mD），這樣經(jīng)過抽取的數(shù)據(jù)流速率只有后者的D分之一，顯然大大降低了對后處理速度的要求，也提高了頻域分辨率。這是軟件無線電接收機(jī)的理論基礎(chǔ)。整數(shù)倍內(nèi)插是在兩個原始抽樣點之間插入（I-1）個零值，也形成一個新序列xI（m），即xI（m）=x（m/I），經(jīng)過內(nèi)插大大提高了時域分辨率，也可以用來提高輸出信號的頻率。顯然內(nèi)插器起到了上變頻作用。它是軟件無線電發(fā)射機(jī)的理論基礎(chǔ)。整數(shù)倍抽取和內(nèi)插都只是頻率變換的一種特殊情況，實際中往往用到分?jǐn)?shù)倍變換，它可通過先進(jìn)行I倍內(nèi)插，再進(jìn)行D倍抽取來實現(xiàn)。（注意必須內(nèi)插在前，以免引起信號失真）。

　　? 高效數(shù)字濾波：實現(xiàn)取樣速率變換的主要問題是如何實現(xiàn)抽取前或內(nèi)插后的數(shù)字濾波。FIR濾波器相對與IIR濾波器有許多獨(dú)特優(yōu)越性，線性相位，穩(wěn)定性等?？刹捎么昂瘮?shù)法來設(shè)計，簡單，直觀，但濾波性能不是最佳。也可采用最佳濾波器的設(shè)計。半帶濾波器適合于實現(xiàn)D=2的M冪次方倍的抽取或內(nèi)插，計算效率也高實時性高。而在實際的抽取系統(tǒng)中抽取因子D往往不是2 的M冪次方，此時可以積分梳狀濾波器和半帶濾波器結(jié)合起來使用。

　　? 數(shù)字正交變換理論：對一個實信號進(jìn)行正交變換而用一個復(fù)解析信號來表示是因為從解析信號很容易獲得三個特征參數(shù)：瞬時幅度，瞬時相位和瞬時頻率，它們是信號分析，參數(shù)測量或識別解調(diào)的基礎(chǔ)。窄帶信號可用解析信號和基帶信號表示，對于要滿足高虛假抑制的要求，可采用數(shù)字正交混頻的方法實現(xiàn)，即先對模擬信號x（t）通過A/D采樣數(shù)字化形成數(shù)字序列x（n），然后與兩個正交本振序列cos（w0n）和sin（w0n）相乘，再通過數(shù)字低通濾波器來實現(xiàn)。在采樣速率很高時，對后續(xù)的數(shù)字低通濾波實現(xiàn)較困難。還可以采用基于多相濾波的數(shù)字正交變換，需用到抽取和內(nèi)插理論。