軟件無線電原理（簡體書）

本書從實際應用的角度出發，系統地介紹了軟件無線電技術的定義、 特點以及軟件無線電所涉及的各個重要方面，內容涵蓋軟件無線電基本概念、硬件結構、軟件架構、接收機、發射機、軟件無線電天線、認知無線電等。

本書可作為高等院校通信、電子類專業本科生的教材或研究生的教輔書籍，也適合軟件無線電相關專業的從業人員閱讀。

第1章 軟件無線電綜述 1

1.1 無線系統概述 1

1.2 軟件無線電的定義和特點 3

1.3 軟件無線電概念演進 4

1.4 軟件無線電的誕生歷史 8

1.4.1 早期的軟件控制無線電 9

1.4.2 第一個可編程的無線電系統ICNIA 10

1.4.3 軟件無線電概念的出現 12

1.4.4 抗干擾可編程信號處理器(TAJPSP)計劃 12

1.4.5 SPEAKeasy計劃 12

1.4.6 JTRS計劃 23

1.4.7 在民用領域的拓展 26

1.5 軟件無線電的研究熱點和難點 27

1.6 小結 28

練習與思考一 28



第2章 軟件無線電硬件結構 29

2.1 信號處理需求 29

2.1.1 信號處理定義 29

2.1.2 信號處理方式的比較 30

2.1.3 模擬信號處理能力度量 32

2.1.4 數字信號處理能力度量 35

2.1.5 無線信號數字信號處理需求及特點 36

2.2 常用數字信號處理器 38

2.2.1 GPP 39

2.2.2 DSP 41

2.2.3 FPGA 45

2.2.4 處理器性能比較 48

2.3 軟件無線電硬件結構 50

2.3.1 典型的軟件無線電硬件結構 50

2.3.2 基於GPP的結構 51

2.3.3 基於DSP的結構 52

2.3.4 基於FPGA的結構 52

2.4 軟件無線電功能模塊連接方式 53

2.4.1 流水式結構 53

2.4.2 總線式結構 54

2.4.3 交換式結構 55

2.4.4 計算機網絡式結構 55

2.5 小結 56

練習與思考二 57



第3章 軟件無線電的軟件架構及SCA 58

3.1 軟件無線電的軟件架構 58

3.1.1 常規數字無線電的軟件架構 58

3.1.2 軟件無線電對軟件架構的需求 59

3.1.3 模塊化開放的軟件架構 60

3.2 面向過程和面向對象的軟件設計方法 61

3.2.1 面向過程的軟件設計方法 61

3.2.2 面向對象的軟件設計方法 62

3.3 基於組件開發的軟件無線電 65

3.3.1 組件的概念 65

3.3.2 基於組件的軟件無線電需求 68

3.3.3 軟件通信架構(SCA)的引入 70

3.3.4 SCA的發展情況 71

3.4 SCA概覽 73

3.4.1 SCA總體結構 73

3.4.2 操作系統 74

3.4.3 中間件 75

3.4.4 核心框架 78

3.4.5 SCA應用 83

3.4.6 符合SCA的硬件 83

3.5 基於SCA的波形的開發 85

3.5.1 開發環境的構成 85

3.5.2 波形的開發 86

3.5.3 波形的部署 86

3.6 小結 87

練習與思考三 88

第4章 信號的表示 89

4.1 實信號表示 89

4.2 覆信號表示 93

4.3 Hilbert變換及解析信號 95

4.3.1 Hilbert變換 95

4.3.2 解析信號 97

4.3.3 解析信號的產生 99

4.4 覆信號的基本處理 99

4.4.1 複乘 100

4.4.2 複卷積101

4.4.3 複濾波 101

4.5 小結 105

練習與思考四 105



第5章 採樣與量化 106

5.1 低通採樣 106

5.2 帶通採樣(欠採樣) 108

5.3 採樣定理的統一 109

5.3.1 數字頻率範圍 109

5.3.2 採樣後的現象 112

5.3.3 允許採樣速率的選擇 116

5.4 採樣量化噪聲 121

5.4.1 量化及其噪聲 121

5.4.2 帶外噪聲的混疊效應 123

5.5 基於有效帶寬的多頻帶採樣 124

5.6 過採樣 128

5.7 采樣率變換 131

5.7.1 重建後重採樣 131

5.7.2 內插或上採樣 133

5.7.3 抽取或下採樣 135

5.8 複採樣(正交採樣) 138

5.8.1 複採樣原理及實現 138

5.8.2 複採樣後的現象 140

5.8.3 複採樣允許速率選擇 143

5.9 小結 143

練習與思考五 144



第6章 調製及發射機 145

6.1 調製的基本原理 145

6.2 上變頻 150

6.2.1 複混頻上變頻 151

6.2.2 實混頻上變頻 152

6.2.3 內插帶通上變頻 153

6.3模擬信號調製 153

6.3.1 AM調製 154

6.3.2 DSB調製 154

6.3.3 SSB調製 155

6.3.4 FM調製 156

6.3.5 PM調製 157

6.4 數字信號的調製 158

6.4.1 脈衝成形 158

6.4.2 ASK調製 161

6.4.3 PSK調製 161

6.4.4 QAM(正交幅度調製) 163

6.4.5 FSK調製 163

6.5 發射機結構 167

6.5.1 外差式發射機 168

6.5.2 零中頻發射機 170

6.5.3 低中頻發射機 174

6.5.4 信道化發射機 175

6.5.5 OFDM發射機 180

6.6 內插的應用 182

6.7 射頻線性化 183

6.7.1 輸出功率回退 184

6.7.2 預失真 184

6.7.3 前饋 185

6.8 發射端正交失配補償 186

6.9 數字上變頻器 188

6.10 小結 189

練習與思考六 190



第7章 解調及接收機 191

7.1 解調的基本原理 191

7.2 下變頻方式 195

7.2.1 實混頻下變頻 195

7.2.2 複混頻下變頻 196

7.2.3 帶通採樣直接下變頻 198

7.2.4 鏡像抑制混頻下變頻 199

7.3 模擬信號的解調 201

7.3.1 AM信號解調 201

7.3.2 DSB信號解調 202

7.3.3 SSB信號解調 203

7.3.4 FM信號解調 204

7.3.5 PM信號解調 206

7.4 數字信號的解調 207

7.4.1 QAM信號解調 207

7.4.2 FSK信號解調 208

7.5 接收機結構 210

7.5.1 外差式接收機 210

7.5.2 零中頻接收機 211

7.5.3 低中頻接收機 219

7.5.4 寬中頻接收機 222

7.5.5 信道化接收機 223

7.5.6 OFDM接收機 230

7.6 數字下變頻器 231

7.7 小結 233

練習與思考七 233



第8章 軟件無線電天線 234

8.1 超寬帶天線 235

8.2 可重配置天線 237

8.3 智能天線 238

8.3.1 波束賦形原理 240

8.3.2 智能天線的分類 244

8.3.3 智能天線接收機 244

8.3.4 智能天線發射機 246

8.4 MIMO 247

8.4.1 MIMO原理 248

8.4.2 空時編碼 252

8.5 智能天線與MIMO的對比 256

8.6 小結 258

練習與思考八 258



第9章 認知無線電 260

9.1 背景 260

9.2 認知無線電的定義 262

9.3 認知無線電發展簡介 265

9.4 認知無線電系統構成 266

9.4.1 認知無線電網絡 266

9.4.2 認知無線電端機 266

9.5 認知無線電的功能 267

9.5.1 頻譜感知 268

9.5.2 頻譜決策 278

9.5.3 頻譜遷移 281

9.5.4 頻譜共享 282

9.6 動態頻譜接入 283

9.7 基於認知無線電技術的IEEE 802.22 WRAN 287

9.7.1 WRAN背景 287

9.7.2 IEEE 802.22系統的基本特點 288

9.7.3 IEEE 802.22網絡拓撲 288

9.7.4 IEEE 802.22的空中接口 291

9.8 小結 295

練習與思考九 295



附錄 297

附錄A 常見符號含義一覽 297

附錄B 英文縮略語 298



參考文獻 308