【正文】 中頻，再通過(guò)低通濾波器（帶寬是信道帶寬），這種實(shí) 現(xiàn)方法叫做頻率信道化的低通實(shí)現(xiàn)。 1， ,2， … .) 式（ ） 此時(shí)，為了使 hLP(k)和窗函數(shù)的取值范圍（ 0， N1）相一致，那么我們可以先把hLP(k)移動(dòng)到 2N 處 （在頻域上只是增加一個(gè)固定相移） hLP(k)=? ?DND)2/k(N/2ksin????????? 式（ ） 最后，再和 w（ k）相乘就可以得到實(shí)際的濾波器系數(shù) h（ k）： h（ k） = hLP(kN/2)*w（ k） （ 0≤ k≤ N1） 式（ ） 18 此外，數(shù)字濾波器的階數(shù) N，和濾波器的歸一化過(guò)渡帶寬度成反比，過(guò)渡帶越窄，濾波器的階數(shù)也就會(huì)越大，從而實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度會(huì)越大，在實(shí)際應(yīng)用需要權(quán)衡兩者的關(guān)系，這樣決定了用窗函數(shù)設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的特性無(wú)法達(dá)到最佳狀態(tài)。 采用窗函數(shù)去設(shè)計(jì) FIR 濾波器的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，容易理解，根據(jù)窗函數(shù)的表達(dá)式，能夠容易求出窗函數(shù)的的 N 個(gè) w（ k）（ k=0,1,2? N1） ,然后用這些數(shù)據(jù)和理想的沖激函數(shù)相乘就可以得到實(shí)際的濾波器的沖激函數(shù) h（ k）。 設(shè)計(jì) FIR 濾波器的方法之一是用一個(gè)窗函數(shù) w（ k）去截取理想濾波器的沖 17 激函數(shù) hLP（ k），這樣就可以得到一個(gè)可用的 FIR 濾波器的沖激函數(shù) h（ k）： h(k)= hLP * w(k) 式（ ） 實(shí)際運(yùn)用中，窗函數(shù) w（ k）有各種形式，例如漢寧窗、矩形窗、凱撒（ Kaiser）窗，還有這次實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的布 哈窗（布萊克曼 哈里斯窗， BlackmanHarris）。 FIR 濾波器能夠在保證幅度特性滿足技術(shù)要求的同時(shí)，很容易做到嚴(yán)格的線性相位特性。 IIR 濾波器的反饋，一般是 模仿模擬濾波器的響應(yīng)， 他們的脈沖是遞歸型，這比 FIR 濾波器更少的計(jì)算，但是 IIR 濾波器穩(wěn)定性比較差。 圖 重采樣 、 FIR 濾波器 的概念與結(jié)構(gòu) 根據(jù)濾波器的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以將數(shù)字濾波器分為有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)（ FIR）濾波器和無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)（ IIR）濾波器。 假設(shè)重采樣因子 進(jìn)行重采樣，那么內(nèi)插因子為 5，而抽取因子為 2就能夠產(chǎn)生輸出對(duì)輸入采樣率： 5/2= 的采樣率。次序的交換是十分有意義的，如果內(nèi)插器和抽取器能夠交換，將抽取器移到濾波器 的輸入端，這樣使整個(gè)濾波器能夠用二者中較低的處理速率來(lái)進(jìn)行工作。 Noble 等式是多相濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程中內(nèi)插器和抽取器 次序交換 的理論依據(jù)，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，能夠使濾波器得到簡(jiǎn)化。事實(shí)上，我們將重采樣器與濾波器相結(jié)合，利用特性用輸出采樣率上的一個(gè)單位延遲來(lái)取代輸入采樣率上 D個(gè) 單位延時(shí)。此時(shí)，采用的濾波器為帶通濾波器，取出信號(hào)的高頻成分。但是為了避免我們丟棄的樣本中有我們要研究的樣本，因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)我們需要在抽取器前面 增加濾波器 h（ n），可以使用低通數(shù)學(xué)濾波器也可以是帶通數(shù)學(xué)濾波器，這可以將信號(hào)帶寬限制到我們要研究的范圍之內(nèi)。 圖 用 f Hz采樣率對(duì)原始信號(hào)采樣 [3] 圖 用 1/4 f Hz采樣率得到新的信號(hào) [3] 這一過(guò)程實(shí)現(xiàn)將采樣率降低到原來(lái)的頻率的 1/4，也就是除去每 4個(gè)原始信號(hào)中的 3個(gè)，只保留 1個(gè)。 較為復(fù)雜的是將減采樣和增采樣應(yīng)用在同一個(gè)信號(hào)處理過(guò)程，此時(shí)，獲得的采樣率的改變率為 P/Q，更為復(fù)雜的技術(shù)可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)緩慢時(shí)變或者是任意比值的采樣率變化。其中簡(jiǎn)單的是實(shí)現(xiàn)整數(shù)倍的增采樣（ 1： P）濾波器，也就采用內(nèi)插， 12 同時(shí)也稱為向上采樣。 現(xiàn)實(shí)中軟件無(wú)線電 只有在寬的頻段下才具有較廣泛的適應(yīng)性，這樣決定了軟件無(wú)線電臺(tái)無(wú)法采用 Nyquist 采樣技術(shù)采 樣，而需要采用帶通采樣。這決定了帶通采樣定理的使用前提，只能夠在其中一個(gè)頻率上存在信號(hào)，不允許其他頻帶上同時(shí)也存在信號(hào)，否則會(huì)引發(fā)混疊現(xiàn)象。 如圖所示 圖 原始信號(hào) [2] 11 圖 無(wú)混疊 [2] Nyquist 采樣理論只是討論了頻譜在（ 0， fH）上的信號(hào)采樣問(wèn)題，但當(dāng)信號(hào)頻率分布 帶寬為 B 的 有限的頻帶（ fL , fH）上，又該如何對(duì)待呢？ 這就提出了帶通采樣定理：頻率帶限信號(hào) x（ t）， 帶寬為 B,頻帶限制在（ fL ， fH ）內(nèi)，那么采樣速率 fs 滿足 fH=2 1k2 f4k2 ff o??? LH 式 （ ） 式中， f0 為中心頻率， k 滿足 fs ≥ 2（ fH — fL）最大正整數(shù)（ 0,2,3? ），這樣 fS 進(jìn)行等間隔采樣所得的信號(hào)采樣值 x（ nT ）能準(zhǔn)確地確定原信號(hào) x（ t）。 采樣速率是將模擬信號(hào)準(zhǔn)確不失真地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的重要指標(biāo)。 圖 GRC界面 圖 在 GRC中運(yùn)行一個(gè)流圖 10 三 、多相濾波器 理論 原理及其應(yīng)用 、多相濾波器的理論知識(shí) 、 采樣定律 通過(guò)對(duì)軟件無(wú)線電的學(xué)習(xí)，我們知道其核心思想是對(duì)天線感應(yīng)的射頻模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，使其轉(zhuǎn)換成適合計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)流，從而能夠通過(guò)算法來(lái)完成各種功能。 （ 6） 我們還可以在“ /usr/local/bin”下面找到 grc，類似 Matlab 的Simulink，在終端運(yùn)行 grc“ $./grc” ，就會(huì)彈出下圖窗口?！?$./” 。 （ 5 ） 測(cè)試 GNU Radio 安 裝 是 否 有 問(wèn) 題 ， 我 們 可 以 采 用“ /” 下的一個(gè)例子，例如。 安裝完成后，源代碼便會(huì)位于硬盤上某處，這樣方便日后的修改。 （ 3）接著輸入“ $ sudo make install”接著輸入“ sudo gedit /etc /profile ”， 然 后 加 上 回 車 鍵。amp。amp。 安裝步驟 ： （ 1）安裝 ，運(yùn)行“ language support”選擇“ Chinese”注意不要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行任何升級(jí)。 、 GNU Radio 的安裝 一般 GNU Radio的安裝有兩個(gè)途徑包括手動(dòng)自源代碼安裝或者是預(yù)購(gòu)的二進(jìn)制包。編輯源列表，將原來(lái)的內(nèi)容刪除，添加你需要用到的源，復(fù)制到列表中，保存列表。 下載鏈接： 重啟電腦 ，屏幕就會(huì)有 window XP 和 Ubuntu，這樣我們就可以根據(jù)自己的需求進(jìn)入想要的系統(tǒng)。 USRP 平 臺(tái)的出現(xiàn)，讓工程師能夠花費(fèi)少量的精力去為用戶創(chuàng)造大量的代碼庫(kù)，并為軟硬件提供了很多實(shí)際運(yùn)用 ，成為了軟件無(wú)線電開(kāi)發(fā)的理想平臺(tái)。 GNU Radio 的硬件平臺(tái) — USRP（通用軟件無(wú)線電外設(shè)） 實(shí)際上， USRP 是充當(dāng)了無(wú)線通信系統(tǒng)的中頻和數(shù)字基帶部分，讓普通的計(jì)算機(jī)能夠像高帶寬的軟件無(wú)線電設(shè)備那樣工作。同時(shí)，在 GNU Radio 進(jìn)行擴(kuò)展也比較容易，如果發(fā)現(xiàn)缺少一個(gè)特定的block，可以快速編寫創(chuàng)建，然后添加它。而所有的信源，信宿和模塊都由 C++來(lái)編寫。 、 GNURadio 的介紹 GNU Radio 的編程是 Python 腳本語(yǔ)言和 C++兩者的混合，其中， Python 用于實(shí)現(xiàn)高級(jí)組織、圖形界面和一些對(duì)運(yùn)算性能要求不高的功能 ， C++因執(zhí)行效率高，可用于信息處理模塊的編 寫，例如信道編譯碼模塊， FFT 變換，調(diào)制器，時(shí)頻同步等等模塊，這些被稱為 block。 處理流程圖： 圖 軟件無(wú)線電處理流程圖 [1] 對(duì)于分析軟件無(wú)線電處理流程，我們還應(yīng)理解以下特點(diǎn)： 6 ? 數(shù)字化和編程化，在整個(gè)過(guò)程中，除了少部分以模擬方式實(shí)現(xiàn)，例如低噪聲放大，放大功率，濾波，其余部分都是在模數(shù)轉(zhuǎn)換后再由代碼編程計(jì)算處理實(shí)現(xiàn)的， 例如差錯(cuò)編碼、調(diào)制解調(diào)、信道均衡等。類似的，在發(fā)射通道，數(shù)字信號(hào)由代碼處理計(jì)算生成，再由 DAC 將其轉(zhuǎn)為模擬信號(hào)，最后再?gòu)?RF 前端發(fā)射出去。 軟件無(wú)線電系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，通過(guò) 處理流程圖來(lái)了解其各個(gè)硬件。主要內(nèi)容包括了： ? 學(xué)習(xí)和 掌握軟件無(wú)線電的概念、工作原理和 發(fā)展?fàn)顩r； ? 學(xué)習(xí)和掌握 GNU Radio 的安裝和使用方法； ? 學(xué)習(xí)和掌握多相濾波器的相關(guān)理論知識(shí)和設(shè)計(jì)方法； ? 用 GNU Radio 軟件為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)多相濾波器，同時(shí)提出基本實(shí)現(xiàn) 方案。尤其是國(guó)防系統(tǒng)， USRP 系列產(chǎn)品能夠以低預(yù)算，快速成型和部署先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被發(fā)達(dá)國(guó)家的軍事和情報(bào)服務(wù)機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用。雖然 GNU Radio的主要功能不是用來(lái)模擬仿真的，但是在沒(méi) 有硬件情況下，使用預(yù)先生成的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行信號(hào)處理研究。它提供了信號(hào)處理和運(yùn)行模塊來(lái)支持軟件無(wú)線電，并使用微處理器和低成本的 RF(外部射頻 )去實(shí)現(xiàn)軟件定義無(wú)線電，它廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信領(lǐng)域的研究。現(xiàn)在，人們對(duì)軟件無(wú)線電的研究日趨成熟 ，已經(jīng)開(kāi)始將其應(yīng)用到我們生活的各個(gè)方面。 各國(guó)都爭(zhēng)先恐后進(jìn)行相關(guān)方面的研究， 4 尤其美國(guó)，美國(guó)軍方已經(jīng)制定了具體的發(fā)展規(guī)劃。而且軟件無(wú)線電是用 DSP 器件來(lái)替代數(shù)字電路，這樣，系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)和硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立，整個(gè)系統(tǒng) 就能基于一個(gè)通用、開(kāi)放的硬件平臺(tái)，利用各種軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種不同的通信功能，并通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作頻率、調(diào)制方式、系