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1、第四章 软件无线电的硬件实现,软件无线电硬件平台的基本结构,模拟前端宽带A/D和D/A数字上下变频器高速数字信号处理器,4.1 软件无线电前端电路,主要任务：（1）把接收到的信号变换至适合A/D转换器处理的信号频率和电平范围内。（2）把宽带D/A转换器的输出信号转换至能被其他电台接收的频率和电平范围。根据软件无线电的结构不同，前端电路的结构不同。,传统模拟接收机的前端电路,特点：模拟器件使用较多；滤波器中心频率和带宽通常固定；接收通道中使用较多的窄带滤波器，使得信号幅相畸变较大。,中频数字化接收机前端,较前一种结构有较大改善，带通滤波器和放大器都是宽带的，而且一本振的频率是大步进的，实现较方便
2、。,射频数字化结构,本结构简洁明了，随着A/D器件的发展，这种结构性能将不断提高。射频前端的接收部分主要由滤波器、放大器、混频器、振荡器、AGC控制等组成。,射频前端的典型器件介绍,滤波器放大器镜像抑制中频信号的线性化AGC设计,4.1.1 软件无线电中的电调滤波器,电调滤波器的主要技术指标：频段: 1.5 - 4MHz；4 - 10MHz； 10 - 30MHz；30 - 90MHz； 90 - 200MHz；200 - 700MHz； 400 - 700MHz；700 - 1000MHz;输入输出阻抗：50滤波器通带带觉：中心频率的2一5；,软件无线电中的电调滤波器,电调滤波器的主要技术指
3、标：插入损耗：6dB；调谐码：8 bits：调谐速度：10 us ( 30MHz以上）,软件无线电中的电调滤波器,电调滤波器的应用：调谐码：,电调滤波器连接：,4.1.2 软件无线电中的放大器,电放大器的工作模式：由于软件无线电的接收通道是宽带的，有时甚至是宽开的，通带内的信号可能有很多，因此，在软什无线电中不能用非线性放大器、而只能用线性放大器。否则就会引起许多非线性产物。宽带放大器中常用前馈 (Feedforward) 和反馈 (Feedback) 两种技术。前者主要用于提高放大器的杂波等指标，而反馈用于提高放大器的稳定性和带宽指标。,软件无线电中的放大器,电放大器的主要技术指标：工作频率
4、范围：指放大器满足各级指标的工作频率范围。放大器实际的工作频率范围可能会大于定义的工作频率范围。功率增益：指放大器输出功率和输入功率的比值，单位常用“dB”。 增益平坦度：指在一定温度下，在整个工作频率范围内，放大器增益变化的范围。增益平坦度由下式表示: G=（Gmax-Gmin）/2 dB,软件无线电中的放大器,放大器增益窗：宽带放大器的增益定义采用增益窗的定义方法（不含窄带功率放大器），是根据放大器允许的最大增益Gmax，放大器允许的最小增益Gmin，放大器的增益波动G等三个增益指标对放大器的增益允许的波动和变化范围作明确定义。,软件无线电中的放大器,噪声系数：噪声系数是指输入端信噪比与放
5、大器输出端信噪比的比值，单位常用“dB”。噪声系数由下式表示： NF = 10 lg 输入端信噪比/输出端信噪比在放大器的噪声系数比较低（例如NF1）的情况下，通常放大器的噪声系数用噪声温度（T）来表示。噪声系数与噪声温度的关系为： T=（NF-1）T0 或 NF=T/T0+1,软件无线电中的放大器,输入/输出驻波比：微波放大器通常设计或用于50阻抗的微波系统中，输入/输出驻波表示放大器输入端阻抗和输出端阻抗与系统要求阻抗(50)的匹配程度。 VSWR = (1 + | ) / (1-| ) ；其中反射系数= ( Z-Z0 )/( Z+Z0 )；Z为放大器输入或输出端的实际阻抗；ZO为需要的系
6、统阻抗。,软件无线电中的放大器,1分贝压缩点输出功率（P1dB）：放大器有一个线性动态范围，在这个范围内放大器的输出功率随输入功率线性增加，这两个功率之比就是功率增益G。随着输入功率的继续增大，放大器进入非线性区，其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加，也就是说，其输出功率低于小信号增益所预计的值。通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点，用P1dB表示。,软件无线电中的放大器,软件无线电中的放大器,典型情况下，当功率超过P1dB时，增益将迅速下降并达到一个最大的或完全饱和的输出功率，其值比P1dB大3-4dB。,软件无线电中的放大器,三阶截点（IP3）：
7、测量放大器的非线性特性的一个颇为流行的方法，是利用两个相距5到10MHz的f1、f2信号加到一个放大器上，此时放大器的输出不仅包含了这两个信号，而且也包含了频率为 mf1 + nf2 的互调分量（IM）。这里称m+n为互调分量的阶数。在中等饱和电平时，通常起支配作用的是最接近基音频率的三阶分量。三阶截点（IP3）来表征互调畸变很严重是的输入电平。三阶截点功率的典型值比P1dB高10-12dB。,软件无线电中的放大器,三阶截点（IP3）：IP3可以通过测量IM3得到，计算公式为：IP3 = PSCL + IM3/2；其中PSCL 单载波功率；如三阶互调点已知，则基波与三阶互调抑制比与三阶互调点的
8、杂散电平可由下式估计： 基波与三阶互调抑制比 = 2 IP3-(PIN+G) 三阶互调杂散电平 =3（PIN+G）-2IP3,4.1.3 前馈放大器,前馈放大器原理可用下图来描述。该放大器由环路1 和环路2 组成。对于双频信号通过非线性放大器时所产生的失真，可以通过前馈对消。,4.2 软件无线电中的A/D/A技术,软件无线电的基本思想就是让模拟电路尽量简单，将A/D和D/A尽量靠近射频前端。要求A/D器件具有适中的采样速率和很高的工作带宽。本部分主要讨论如何A/D、D/A转换器实现软件无线电中的模/数和数/模变换。,4.2.1 A/D转换器原理,A/D转换器功能: 将模拟电压成正比地转换成数字
9、量,A/D转换器原理,ADC工作过程与结构,4.2.2 A/D转化器的性能指标,转换灵敏度信噪比（SNR）有效转换位数（ENOB）孔径误差无杂散动态（SFDR）非线性误差互调失真（Intermodulation Distortion）总谐波失真（Total Harmonic Distortion）,4.2.3 A/D转换器的选择,A/D转换器选择原则1）采样速率选择2）采用分辨率较好的A/D器件3）一般说来A/D转换位数越高越好4）根据环境条件选择A/D转换芯片的环境参数5）根据接口特征选择适合的A/D转换器输出状态,A/D转换器分类基于变换原理1）逐次比较式2）并行式A/D转换器3） ADC
10、转换器4）采样ADC5）电子雪堆技术ADC典型的A/D转换器 参见书P112115 常见的AD转换器件的结构。,A/D转换器的选择,4.2.4 数据采集模块的设计（略）,参见书P115118各部分电路的设计。,4.2.5 DA转换器的基本原理,D/A功能: 将数字量成正比地转换成模拟量,4.3 软件无线电中的数字下/上变频器,在超外差式软件无线电接收机中，数字下变频 DDC 技术是核心技术之一。数字下变频器的组成结构：数字混频器，数字控制振荡器NCO和低通滤波器。,软件无线电中的数字下/上变频器,由NCO产生两路正交信号做混频用，NCO可以通过直接数字合成技术 DDS 实现。其基本原理框图见下
11、。,从原理上讲，DDC与模拟下变频实现相同的功能，不过其实现是通过数字运算来进行的。影响数字下变频性能的主要因素：（1）表示数字本振、输入信号以及混频乘法运算的样本数值的有限字长所引起的误差。（2）数字本振相位的分辨率不够而引起数字本振样本数值的近似取值。,软件无线电中的数字下/上变频器,DDC的组成部分：数字控制振荡器的原理，参见书P123126。典型的数字下变频器，参见书P125137。软件无线电中的数字下变频器的应用,软件无线电中的数字下/上变频器,4.4 高速数字信号处理器,概述典型DSP器件DSP器件的软件开发流程（略）应用举例（略）,高速数字信号处理器,典型DSP器件目前主要DSP生产商包括TI，ADI，Motorola，Lucent和Zilog等，其中TI占有最大市场份额。作为第一片DSP产品TMS32010的生产商和DSP行业的领头者，TI公司的产品包括从低端的低成本低速度DSP到高端大运算量的DSP产品。,高速数字信号处理器,TI公司的TMS320C24x系列,高速数字信号处理器,TI公司的TMS320C55x系列,高速数字信号处理器,TI公司的TMS320C62xx/67xx系列,
