軟件無線電：無線電工程的現(xiàn)代方法

第1章  軟件無線電概述  1
1.1  對軟件無線電的需求  1
1.2  什么是軟件無線電  2
1.3  軟件無線電的特征和優(yōu)勢  2
1.4  軟件無線電的設(shè)計(jì)原理  4
1.5  習(xí)題  6
第2章  射頻實(shí)現(xiàn)問題  8
2.1  射頻前端的用途  8
2.2  動(dòng)態(tài)范圍：接收機(jī)設(shè)計(jì)的主要挑戰(zhàn)  9
2.3  射頻接收機(jī)前端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)  10
2.3.1  拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特性  10
2.3.2  拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)  11
2.4  使用軟件無線電增強(qiáng)射頻鏈路的靈活性  15
2.5  各種組件對整體性能的重要性  17
2.5.1  天線  17
2.5.2  雙工器與同向雙工器  19
2.5.3  射頻濾波器  20
2.5.4  低噪聲放大器  20
2.5.5  鏡像抑制和中頻濾波器  20
2.5.6  射頻混頻器  20
2.5.7  本地振蕩器  21
2.5.8  自動(dòng)增益控制  21
2.5.9  模數(shù)轉(zhuǎn)換器  24
2.6  發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)及其有關(guān)問題  24
2.7  射頻鏈路的噪聲和失真  26
2.7.1  噪聲特性  26
2.7.2  失真特性  28
2.8  模數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的失真  30
2.9  預(yù)矯正  32
2.10  使用微機(jī)電系統(tǒng)的靈活性射頻系統(tǒng)  36
2.11  小結(jié)  38
2.12  習(xí)題  38
第3章  多速率信號(hào)處理  40
3.1  引言  40
3.1.1  成本  40
3.1.2  靈活性  41
3.1.3  本章概述  41
3.2  樣本速率轉(zhuǎn)換原理  41
3.2.1  抽取  42
3.2.2  內(nèi)插  45
3.2.3  兩個(gè)多速率恒等式  55
3.2.4  非整數(shù)速率轉(zhuǎn)換  56
3.2.5  多級抽樣頻率轉(zhuǎn)換  57
3.2.6  級聯(lián)積分梳狀濾波器  62
3.3  多相濾波器  66
3.3.1  多相抽取  66
3.3.2  多相內(nèi)插  68
3.4  數(shù)字濾波器組  71
3.4.1  實(shí)現(xiàn)  71
3.4.2  離散傅里葉變換濾波器組  72
3.4.3  多路轉(zhuǎn)換器  78
3.5  在采用多速率數(shù)字濾波器的數(shù)字接收機(jī)中的定時(shí)恢復(fù)  81
3.5.1  典型模擬接收機(jī)中的定時(shí)恢復(fù)  81
3.5.2  僅在數(shù)字域的定時(shí)恢復(fù)  82
3.5.3  遲早門同步器  83
3.5.4  采用遲早門原理的定時(shí)偏差控制  83
3.6  小結(jié)  85
3.7  習(xí)題  85
第4章  信號(hào)的數(shù)字生成  87
4.1  引言  87
4.2  直接數(shù)字合成與模擬信號(hào)合成的比較  88
4.3  直接數(shù)字合成的方法  89
4.3.1  脈沖輸出直接數(shù)字合成  90
4.3.2  只讀存儲(chǔ)器查找表方法  91
4.3.3  相位截?cái)嗍д?nbsp; 92
4.3.4  輸出序列分析  96
4.4  雜散信號(hào)分析  97
4.5  周期抖動(dòng)引起的雜散分量  99
4.6  帶通信號(hào)的生成  100
4.7  直接數(shù)字合成系統(tǒng)的性能  101
4.7.1  實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果  102
4.7.2  混合系統(tǒng)的使用  102
4.8  混合的直接數(shù)字合成——鎖相環(huán)系統(tǒng)  102
4.9  直接數(shù)字合成的應(yīng)用  103
4.10  隨機(jī)序列的生成  104
4.10.1  序列的種類及其特性  104
4.10.2  采用Wheatley過程隨機(jī)化  106
4.11  只讀存儲(chǔ)器壓縮技術(shù)  109
4.11.1  采用泰勒級數(shù)展開的插值技術(shù)  109
4.11.2  采用三角恒等式的插值技術(shù)  112
4.12  正弦相位差算法  113
4.13  修正的正弦相位差方法(拋物線逼近)  114
4.14  小結(jié)  115
4.15  習(xí)題  116
第5章  模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換  117
5.1  引言  117
5.2  理想數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的參數(shù)  118
5.2.1  抽樣過程  118
5.2.2  量化  126
5.3  實(shí)際數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的參數(shù)  133
5.3.1  一般數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的物理模型  134
5.3.2  對實(shí)際傳遞特性的考慮  135
5.3.3  對動(dòng)態(tài)范圍的考慮  137
5.3.4  實(shí)際的定時(shí)問題  142
5.3.5  模擬帶寬  147
5.3.6  功耗  147
5.3.7  噪聲和干擾對動(dòng)態(tài)范圍需求的影響  149
5.4  改進(jìn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能的技術(shù)  152
5.4.1  抖動(dòng)  153
5.4.2  自動(dòng)增益控制(AGC)  155
5.5  通用模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)  158
5.5.1  并行結(jié)構(gòu)：閃速模數(shù)轉(zhuǎn)換器、串狀數(shù)模轉(zhuǎn)換器和二元結(jié)構(gòu)  159
5.5.2  分段結(jié)構(gòu)：折疊和內(nèi)插模數(shù)轉(zhuǎn)換器與分段梯形數(shù)模轉(zhuǎn)換器  161
5.5.3  迭代結(jié)構(gòu)：分區(qū)/流水線/半閃速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器  165
5.5.4  Σ-△結(jié)構(gòu)：模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器  168
5.6  小結(jié)  173
5.7  習(xí)題  175
第6章  智能天線  179
6.1  引言  179
6.2  向量信道建模  180
6.2.1  陣列導(dǎo)向向量  181
6.2.2  多徑信道模型  184
6.2.3  多用戶信道模型  187
6.3  智能天線的優(yōu)勢  188
6.3.1  波束形成  188
6.3.2  空時(shí)均衡  188
6.3.3  分集  189
6.4  波束形成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)  189
6.4.1  多固定波束天線陣列  190
6.4.2  全自適應(yīng)陣  191
6.4.3  開關(guān)波束和自適應(yīng)陣系統(tǒng)的相對優(yōu)點(diǎn)和折衷  192
6.5  智能天線的算法  192
6.5.1  分集組合技術(shù)  193
6.5.2  使用訓(xùn)練序列的自適應(yīng)算法  197
6.5.3  盲算法  200
6.6  分集和空時(shí)自適應(yīng)信號(hào)處理  206
6.6.1  接收機(jī)空時(shí)自適應(yīng)處理算法  206
6.6.2  超載陣列處理  212
6.7  發(fā)射空時(shí)自適應(yīng)處理算法  213
6.7.1  空時(shí)預(yù)濾波  213
6.7.2  空時(shí)格狀編碼  213
6.7.3  一種簡單的發(fā)射分集方式  215
6.8  智能天線的硬件實(shí)現(xiàn)  217
6.8.1  數(shù)字波束形成接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)  217
6.8.2  數(shù)字波束形成發(fā)射機(jī)的實(shí)現(xiàn)  218
6.8.3  組件問題  219
6.9  陣列校準(zhǔn)  220
6.9.1  遠(yuǎn)程發(fā)射機(jī)法  220
6.9.2  測音法  221
6.10  弗吉尼亞工學(xué)院空時(shí)自適應(yīng)無線電系統(tǒng)的實(shí)例研究  222
6.10.1  VT-STAR體系結(jié)構(gòu)概述  222
6.10.2  VT-STAR的射頻設(shè)計(jì)  223
6.10.3  VT-STAR的軟件問題  226
6.10.4  VT-STAR設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題  228
6.11  小結(jié)  230
6.12  習(xí)題  230
第7章  數(shù)字硬件的選擇  234
7.1  引言  234
7.2  主要的硬件單元  235
7.3  數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)  236
7.3.1  DSP核  236
7.3.2  DSP的體系結(jié)構(gòu)  236
7.3.3  數(shù)字表示  240
7.3.4  尋址  242
7.3.5  流水線操作  244
7.3.6  外設(shè)和其他組件  245
7.3.7  多處理  246
7.3.8  使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的多處理  247
7.3.9  軟件設(shè)計(jì)流程  248
7.3.10  性能最大化  249
7.3.11  基準(zhǔn)和性能評估  255
7.3.12  實(shí)例研究：TMS320C54x 系列數(shù)字信號(hào)處理器  257
7.4  現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)  257
7.4.1  基于靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的現(xiàn)場可編程門陣列單元的作用  258
7.4.2  在現(xiàn)場可編程門陣列上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理器  259
7.4.3  現(xiàn)場可編程門陣列的結(jié)構(gòu)  259
7.4.4  現(xiàn)場可編程門陣列在軟件無線電系統(tǒng)中的應(yīng)用  261
7.4.5  使用FPGA的設(shè)計(jì)原則  263
7.5  對數(shù)字信號(hào)處理器、現(xiàn)場可編程門陣列和專用集成電路的使用進(jìn)行折衷  263
7.6  功率管理問題  264
7.6.1  DSP的功率管理  265
7.6.2  低功率超大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)  265
7.6.3  體系結(jié)構(gòu)/系統(tǒng)級方法  267
7.7  數(shù)字信號(hào)處理器、現(xiàn)場可編程門陣列和專用集成電路的混合使用  269
7.8  小結(jié)  270
7.9  習(xí)題  270
第8章  無線電和網(wǎng)絡(luò)資源的面向?qū)ο竺枋?nbsp; 273
8.1  引言  273
8.2  網(wǎng)絡(luò)  273
8.2.1  系統(tǒng)層  274
8.2.2  交換  275
8.2.3  服務(wù)質(zhì)量  276
8.2.4  因特網(wǎng)協(xié)議(IP)  276
8.2.5  異步傳輸模式(ATM)  280
8.2.6  網(wǎng)絡(luò)和軟件無線電系統(tǒng)  281
8.3  面向?qū)ο缶幊?nbsp; 283
8.3.1  對象  284
8.3.2  Java  287
8.3.3  Java和軟件無線電系統(tǒng)  290
8.3.4  無線電虛擬機(jī)  290
8.3.5  面向?qū)ο筌浖蛙浖o線電系統(tǒng)  291
8.4  對象代理  292
8.4.1  公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)  293
8.4.2  軟件無線電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)問題  296
8.4.3  對象代理和軟件無線電系統(tǒng)  297
8.5  移動(dòng)應(yīng)用環(huán)境  298
8.5.1  MExE  300
8.5.2  業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)  303
8.5.3  移動(dòng)應(yīng)用環(huán)境和軟件無線電系統(tǒng)  304
8.5.4  軟件無線電的安全性  304
8.6  聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)  305
8.6.1  硬件類  305
8.6.2  軟件通信體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)成  306
8.7  小結(jié)  308
8.8  習(xí)題  309
第9章  軟件無線電設(shè)計(jì)的實(shí)例研究  310
9.1  引言和歷史觀點(diǎn)  310
9.1.1  軟件無線電系統(tǒng)內(nèi)在的體系結(jié)構(gòu)特征  311
9.1.2  軟件無線電系統(tǒng)重要的體系結(jié)構(gòu)特征  312
9.1.3  實(shí)際軟件無線電系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)特征  314
9.2  SPEAKeasy  315
9.2.1  SPEAKeasy第1階段  316
9.2.2  SPEAKeasy第2階段  320
9.2.3  SPEAKeasy總結(jié)  326
9.3  聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)  326
9.3.1  軟件通信體系結(jié)構(gòu)的目標(biāo)  328
9.3.2  軟件通信體系結(jié)構(gòu)的屬性  328
9.3.3  軟件通信體系結(jié)構(gòu)的詳述  330
9.3.4  聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)的總結(jié)  335
9.3.5  軟件定義無線電論壇的體系結(jié)構(gòu)詳述  336
9.3.6  小結(jié)  341
9.4  無線信息傳輸系統(tǒng)  341
9.4.1  體系結(jié)構(gòu)的目標(biāo)  343
9.4.2  體系結(jié)構(gòu)概述  343
9.4.3  軟件體系結(jié)構(gòu)  343
9.4.4  硬件體系結(jié)構(gòu)  345
9.4.5  體系結(jié)構(gòu)詳述  345
9.4.6  無線信息傳輸系統(tǒng)總結(jié)  348
9.5  SDR-3000數(shù)字收發(fā)機(jī)子系統(tǒng)  349
9.6  SpectrumWare  352
9.6.1  SpectrumWare系統(tǒng)描述  352
9.6.2  輸入/輸出  352
9.6.3  編程環(huán)境  353
9.6.4  SpectrumWare總結(jié)  354
9.7  CHARIOT  355
9.7.1  CHARIOT層次化無線電體系結(jié)構(gòu)  355
9.7.2  層次化無線電體系結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)實(shí)例  359
9.7.3  CHARIOT總結(jié)  360
9.8  小結(jié)  360
9.9  習(xí)題  362
附錄A  射頻工程的相關(guān)文獻(xiàn)：提供給射頻電路設(shè)計(jì)人員的簡要目錄  363
A.1  電子學(xué)  363
A.2  射頻電路設(shè)計(jì)和S參數(shù)  363
A.3  濾波器  363
A.4  微波  364
A.5  振蕩器  364
A.6  鎖相環(huán)和頻率合成器  364
A.7  接收機(jī)和系統(tǒng)  364
A.8  PSpice  365
A.9  商業(yè)出版物和期刊  365
A.10  可訪問的網(wǎng)上綜述資料  365
附錄B  坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算機(jī)算法  366
B.1  引言  366
B.2  CORDIC概述  366
B.3  CORDIC算法的推導(dǎo)  366
B.3.1  沿半徑為R的圓平移一個(gè)點(diǎn)  367
B.3.2  通過迭代子旋轉(zhuǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)  368
B.3.3  簡化迭代旋轉(zhuǎn)的計(jì)算  368
B.3.4  確定等式的最終形式  369
B.3.5  定向模式  370
B.4  CORDIC算法的性能  370
B.5  CORDIC算法的擴(kuò)展  371
參考文獻(xiàn)  373
縮略語  387
作者簡介  396