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软件无线电发射机的实现与仿真-机电毕业论文(4)

2013-08-23 01:05 的频带采用Nyquist低通采样至少需要6GHz，这显然是不现实的。所以，对于宽频带工作的软件无线电电台只有采用带通采样。

2.3.1窄带中频采样数字化

采样率为 的理想带通采样模型如图2.2所示。

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                      图2.2理想带通采样模型

上述理想带通采样模型在实际应用中有一定限制的，例如当采样率 固定时，该模型所能处理(数字化)的信号的中心频率只有有限几个，即

                  =    n=0,1,2,                 (2-12)

而处理带宽为采样速率的一半，即

                       B                                   (2-13)

此时为了能使该模型能够处理整个频带上的所有信号，则其采样率 必须取为信号带宽的两倍。但是这种方法实现起来是很困难的，主要表现在刃D前面的抗混叠滤波器无法实现，因为它要求该滤波器在整个频带都保持相同的滤波器带宽和阻带特性是不可能的。

为解决这个问题，可以采用所谓的超外差接收结构，即先用一个本振信号与被数字化的输入信号进行混频(可以经过几次混频)，将其转换为统一的中频信号，然后进行数字化，如图2.3所示。图中三个频率之间的关系为:

                      =                                (2-14)

通过改变本振频率 ，就可以完成对不同频率( )信号的数字化，而这时A/D前的信号中心频率(中频)是固定不变的 。如果 取得适当，A/D前的抗混叠滤波器就会容易实现。但是，这种超外差中频数字化体制的主要缺点是在天线和A/D间增加了很多模拟信号处理环节，如混频、本振信号产生、各种滤波等。这些模拟电路不仅会造成信号失真(特别是混频器和窄带滤波器)，而且对缩小体积、降低和功耗也是极其不利的。另外，由于在天线与AID间的模拟电路过多，使得这种体制在对信号的适应性以及可扩展性方面存在明显的不足。例如，一旦模拟信道的中频带宽确定以后，要适应不同的信号带宽就存在一定的困难，另外，本振信号的频率步进一旦确定，对信道间隔的适应能力也就变差了。所以图2.3所示的结构并不是软件无线电概念上的一种理想的结构形式，特别是由于过多的模拟信号处理环节而造成适应性不强、可扩展性差的弊端是显而易见的。

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               图2.3窄带中频带通采样软件无线电结构

2.3.2宽带中频带通采样数字化

为了改善上述中频数字化体制对信号的适应性和可扩展性，可以通过适当增加中频带宽的办法来加以解决(只能说是部分解决)，也就是使图2.3中的中频带宽B满足:

                          B>>                                (2-15)

此时在中频带宽B内将包含有多个信道(信道数N=B/ )。至于对带宽B内位于某一特定信道上的信号所需进行的解调、分析、识别等处理，将由后续的信号处理器及其软件来完成，该软件主要完成数字滤波(可变带宽)、数字下变频以及解调等信号处理任务，通过加载不同的信号处理软件就可以实现对不同体制、不同带宽以及不同种类信号的接收解调以及其他信号处理任务，这样对信号环境的适应性以及可扩展性就大大提高了。而且由于中频带宽加宽了，本振信号可以按照大步进来设计，这样可以大大简化本振源的设计，有利于减小体积、改善性能、降低成本。

2.3.3射频直接带通采样定理

射频直接带通采样是建立在带号采样的基础之上。一般的无线电信号(如通信信号、雷达信号、遥控遥测信号等)其瞬时信号带宽都是比较窄的，例如一般的常规V/UHF战术通信电台信号带宽(间隔)为:50kHz, 25kHz或12.5kHz等，而短波电台的信号带宽就更窄，即使象非常规的扩频信号，其带宽也不过几兆赫兹，超过百兆赫兹的信号是比较少的。所以，单独对某一个信号进行接收解调时就完全可以应用带通信号采样定理对其进行数字化，如图2.4所示。

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              图2.4射频直接带通采样软件无线电接收体制

    由前面的带通信号采样定理知道，当以采样速率 对（0，f）频带内的信号进行数字化时，如果A/D前的抗混叠滤波器是理想的话(矩形系数为1，带宽为 /2)，就可以实现整个频带的无“盲区”采样。但是这种矩形系数为1的理想滤波器是实现不了的。在实际应用中，滤波器的非理想化造成采样“盲区”，解决的办法是对这些“盲区”通过选择合适的采样频率进行“异频”或“异速率”采样。

第三章 多速率信号处理

    在一个信号处理系统中有时需要不同的抽样率。这样做的目的有时是为了系统中各处需要不同的抽样率，以利于信号的处理、编码、传输和存储，有时是为了节省计算工作量。使抽样率降低的抽样率转换称为抽取;使抽样率升高的抽样率转换称为内插。抽取和内插是多抽样率信号处理的基本环节。

    在软件无线电系统中，我们的设计思路是ADC采样频率越大越好，这样可获得更高的信噪比，在一些宽带中频和射频无线电方案中，ADC的采样率高达几十MHz。但是对通用接收机来说，在同一时间里一般只要求对一个信号进行分析处理，而单一信号的带宽最大也只有200kHz左右(扩频信号另论)，这样采样频率最大也只需1 MHz左右，因此完全有可能降低采样频率而不丢失信号信息。另一方面，降低采样率可以减轻信号处理负荷，节省宝贵的DSP系统运算资源。

3.1整数倍抽取

当信号的抽样数据量太大时，为了减少数据量以便于处理和计算，我们将抽样数据每隔D-1个取一个