【正文】 無線電接收機數(shù)學模型 常見的幾種軟件無線電發(fā)射機數(shù)學模型 軟件無線電的三種結構形式 ? 軟件無線電的宗旨： （ 1）盡可能地簡化射頻模擬前端，使 A/D轉換盡量靠近天線，數(shù)字化后的信號盡量多用軟件處理。 （ 2）硬件平臺應具有開放性、通用性，軟件應具有可升級性，可替換性。 ? 缺點 ： （ 1）需要的采樣頻率太高，特別還要求采用大動態(tài)、多位數(shù)的 A/D/A時，顯然目前的器件水平無法實現(xiàn)。 所以這種結構只實用于工作帶寬不太寬的場合。 雙工器 濾波器 放大器 A/D 濾波器 功放 D/A DSP 軟件 : 7 5 ~ 9 0sf M H z M H ~30MHz 射頻直接帶通采樣軟件無線電結構 ? 組成結構如圖所示： 雙工器 窄帶電調濾波器 放大器 A/D 功 放 “ 0”內插上變頻 D/A DSP 軟件 00/4/4Sm S mff＝ (2n+1)＝ (2m+3)m/SSff窄帶電調濾波器 本結構說明 ? 本結構采用了射頻直接帶通采樣原理。 ? 盲區(qū)采樣頻率為： ，式中， m = 0, 1,2,…,M 1對應盲區(qū)號。為減少盲區(qū)采樣頻率的數(shù)量，在最高工作頻率fmax一定的情況下， fs應盡量選高。 ? 優(yōu)點：與射頻全寬開低通采樣結構相比最大的不同就是采用的前置濾波器的差異；另外還有 A/D的采樣速率不同；最后就是對 DSP的處理速度要求不同。 ? 缺點：前置窄帶電調濾波器和高工作帶寬的A/D（高性能采樣保持放大器）實現(xiàn)起來還是有相當?shù)碾y度。 因此，我們將介紹下面一種軟件無線電結構－－寬帶中頻帶通采樣軟件無線電結構。 ? 本結構使前端電路設計得以簡化，信號經過接收通道后的失真也小，而且通過后續(xù)的數(shù)字化處理，本結構具有更好的波形適應，信號帶寬適應性以及可擴展性。 三種軟件無線電結構的等效數(shù)字譜 ? 低通采樣的軟件無線電結構的數(shù)字譜： minfB maxf /2sff ()DXf 圖中的頻率全部用模擬頻率來表示的，且僅畫了正半頻率。所以，無論 n 取確定的何值，帶通采樣的數(shù)字譜與原始模擬帶通信號譜也是一一對應，只是根據不同的中頻選取不同的數(shù)字模擬對應關系而已。主采樣時的數(shù)字譜和射頻信號譜分別如下二圖?！懊^(qū)”頻帶的中心頻率 f0m由下式定： 式中， fS 為主采樣頻率， m為“盲區(qū)”頻帶號 (m = 0,1,… M 1)，其數(shù)字譜和射頻信號譜如下圖所示 012mSmff??/4Smf /2smfB0 f ()DXfDX? DX?圖 1 B0 f AX? AX?0fcentf centf跟蹤濾波器 ()AXf 圖 2 “ 盲區(qū) ” 采樣數(shù)字譜與 “ 盲區(qū) ” 頻帶信號譜的對應關系取決于前置跟蹤濾波器所處的位置，當其位于偶數(shù) (m=0,2,4,6,… )“盲區(qū) ” 時，其對應關系為： 當其為于奇數(shù) (m=1,3,5,7,… )“盲區(qū) ” 時，其對應關系為： 所以，無論主采樣還是 “ 盲區(qū) ” 采樣都可以用一個等效的基帶數(shù)字譜來唯一地表示射頻信號，只要確知前置濾波器在射頻頻帶上所處的位置。 1）單通道軟件無線電接收機數(shù)學模型 2）并行處理思想 3）并行多通道軟件無線電接收機數(shù)學模型 單通道軟件無線電接收機數(shù)學模型 ? 在同一時刻只能接收所選擇的一個信道的信號進行接收解調分析。 ? 任何一種調制形式的信號都可以分解出同相分量和正交分量，用它們完全可以描述該給定信號的特征，而對信號進行接收解調的目的實際就是提取這兩個正交分量。低通濾波器的通帶截止頻率 應為 I(n)和 Q(n)頻譜分量中對應的最高頻率，而濾波器的阻帶截止頻率 應小于信道間隔的一半，以消除鄰道干擾的影響。如果抽取因子 D 很大，需要用多級抽取來實現(xiàn)，如下圖： X (n) 1()jHe?1()jHe?0cos( )n?0sin ( )n?I(m) Q(m) D1 D1 2()jHe?2()jHe?D2 D2 … … 圖中共采用了 M級抽取，每級的抽取因子分別為 Dm( m = 1, 2, …, M ), 總共抽取因子為： 1MmmDD?? ?2）另一種是基于多相濾波正交化處理的實現(xiàn)方案，其數(shù)學模型如下圖所示： AD 1()jHe?0cos( )n?0sin( )n?2 2 1Z?X(t) 04(2 1)S ff n? ?()jQHe?I (m) Q (m) D D CIC CIC HBF HBF FIR FIR 特征提取 ()Im()am()Qm()m?()fm? 本結構模型對采樣振蕩器的要求比較高，它必須根據信號的中心頻率 能精確地預置到帶通采樣公式： ? 這種結構模型必須首先確知在哪個信道上有信號。 ? 通常，軟件無線電采用寬帶帶通采樣，采樣的數(shù)據包含多個信道的信息，如何同時處理這些信息？ ? 引入并行多通道處理理論和軟件無線電信道化結構模型。 ? 在寬帶采樣后，多個信道的信號周期延托到第 1 Nyquist頻帶內，其載波頻率發(fā)生了變化。 并行多通道處理理論 )(?X?)(fAf 寬帶采樣 ?)(?X各個信道 并行多通道處理 1cos( )n?CIC FIR CIC HBF FIR 特征提取 識別解調分析 HBF 1sin( )n?信息輸出 co s( )L n?CIC FIR CIC HBF FIR 特征提取 識別解調分析 HBF sin( )Ln?信息輸出 AD …… CIC FIR CIC HBF FIR 特征提取 識別解調分析 HBF 2sin( )n?信息輸出 信道化接收機數(shù)學模型 ? 上一節(jié)介紹的兩種結構模型只能對單個信號或有限幾個信號進行解調接收，必須首先確知在哪個信道上有信號。 ? 因此，本部分討論基于多相濾波器組的信道化接收機就可以實現(xiàn)全概率的信號截獲。 h 0 (n) h1 (n) h K1 (n) …… x (n) y0 (n) y1 (n) yK1 (n) … ? 顯然除 h0 (n) 可能是低通濾波器外，其他的數(shù)字濾波器都是帶通濾波器或單邊帶濾波器。 D/?()jKHe?2+ 1+ 0 D1 D2 ?0 …… …… D/3?D/??D/3??? 可以得到濾波器組的各個濾波器 DnijlpnTjlpitDTijlptjlpiDijlpjienhenhnhetheththDieHeH???????22)2()()()()()()(,2,1][)(00?????????????? 先設計一低通濾波 器，如右圖所示： ?0 )( ?jlp eHD/2?復信道化濾波器組設計 ? 顯然以上濾波器組可以表示如下，這就是傳統(tǒng)的并行處理算法實現(xiàn)框圖，其中： ()LPHn()LPHn0jne ?1jne?x (n) y0(m) D D y1(m) ………………………. ()LPHn1Djne ? ?D yD1(m) 1,2,1,0/2 ???