软件无线电原理与应用

软件线电的基本思想是以开放性、可扩展、可重构的硬件为通用平台，把尽可能多的功能用可升级、可替换的软件来实现。现在，软件线电已成为线电工程的现代方法，不仅在线通信领域获得了广泛应用，在其他线电工程领域也已显示出广阔的应用前景。本书全面系统地介绍了软件线电的基本概念、基本理论、实现技术、软件算法及其在线电工程领域中的典型应用。全书深入浅出、通俗易懂，理论与实际相结合，实用性强。

中国电子科技集团36研究所，副所长，研究员；中国电学会会员，浙江省信号处理学会理事；负责并完成了多项国防重点科研和预研项目；在信号快速搜索、软件线电技术、数字化可重构一体化体系架构实现等方面取得较大成绩。

第1章 概述 1
1．1 线移动通信简述 1
1．1．1 模拟线电 1
1．1．2 窄带数字线电 3
1．1．3 宽带数字线电 4
1．1．4 软件线电 6
1．2 软件线电的定义与特点 7
1．2．1 软件线电的定义 7
1．2．2 软件线电的特点 8
1．3 软件线电的发展历程 10
1．3．1 软件线电的提出 11
1．3．2 软件线电（SDR）论坛 12
1．3．3 软件线电的先行者：SPEAKeasy 12
1．3．4 软件线电的推动者：JTRS与SCA 13
1．3．5 软件线电发展展望 14
1．4 软件线电体系框架与本书结构 14
习题与思考题1 15
第2章 软件线电理论基础 17
2．1 信号采样基本理论 17
2．1．1 Nyquist采样定理 17
2．1．2 带通信号采样理论 20
2．2 软件线电中的信号采样 24
2．2．1 允许过渡带混叠时的采样定理 24
2．2．2 软件线电中的正交低通采样 25
2．2．3 软件线电中的宽带中频带通采样 26
2．2．4 软件线电中的射频直接带通采样 28
2．2．5 带通采样对采样频率的精度要求 33
2．3 多率信号处理（Multirate Signal Processing） 34
2．3．1 采样信号的等效基带谱与抽取基本概念 35
2．3．2 低通信号的整数倍抽取 36
2．3．3 数字带通信号的抽取 38
2．3．4 整数倍内插 44
2．3．5 取样率的分数倍变换 46
2．3．6 取样率变换性质 47
2．3．7 抽取、内插器的多相滤波实现 49
2．3．8 取样率变换的多级实现 51
2．4 软件线电中的高效数字滤波 53
2．4．1 数字滤波器设计基础 53
2．4．2 适合于D＝2M倍抽取或内插的半带滤波器 58
2．4．3 积分梳状（CIC）滤波器 61
2．5 软件线电中的正交信号变换 66
2．5．1 正交变换基本概念 66
2．5．2 窄带信号的正交分解与模拟域实现 68
2．5．3 数字混频正交变换 71
2．5．4 基于多相滤波的数字正交变换 73
2．5．5 基于正交变换的瞬时特征提取：CORDIC算法 76
2．5．6 多信号正交变换 79
习题与思考题2 80
第3章 软件线电体系结构 84
3．1 软件线电的三种结构形式 84
3．1．1 低通采样软件线电结构 85
3．1．2 射频直接带通采样软件线电结构 86
3．1．3 宽带中频带通采样软件线电结构 87
3．1．4 三种软件线电结构的等效数字谱 88
3．2 软件线电接收机体系结构 90
3．2．1 单通道软件线电接收机 91
3．2．2 多通道软件线电接收机 94
3．3 多相滤波信道化接收机体系结构 95
3．3．1 数字滤波器组与信道化基本概念 96
3．3．2 复信号的多相滤波信道化接收机 99
3．3．3 实信号的多相滤波信道化接收机 100
3．4 软件线电发射机体系结构 103
3．4．1 单通道软件线电发射机 103
3．4．2 多通道软件线电发射机 106
3．5 信道化软件线电发射机体系结构 107
3．5．1 信道化发射机的基本概念 108
3．5．2 复信号输出的多相滤波信道化发射机 109
3．5．3 实信号输出的多相滤波信道化发射机 111
附录：8路多相滤波信道化软件线电发射机MATLAB仿真程序 114
习题与思考题3 116
第4章 软件线电硬件平台设计 118
4．1 软件线电硬件系统设计 118
4．1．1 软件线电硬件系统设计原则 118
4．1．2 软件线电硬件系统结构设计 124
4．2 软件线电的射频前端 130
4．2．1 射频前端的组成结构 130
4．2．2 射频前端各功能模块的设计 131
4．2．3 射频前端的指标 140
4．3 软件线电中的A/D/A技术 148
4．3．1 A/D转换器原理与分类 148
4．3．2 A/D转换器性能指标 152
4．3．3 A/D转换器的选择 158
4．3．4 数据采集模块的设计 159
4．3．5 D/A转换器的基本原理及性能指数 161
4．4 软件线电数字前端 163
4．4．1 软件线电数字前端的定义 163
4．4．2 软件线电中的数字接收前端（数字下变频DDC） 166
4．4．3 软件线电中的数字发射前端（数字上变频DUC） 169
4．4．4 软件线电数字前端的FPGA实现 170
4．4．5 软件线电数字前端的ASIC实现 177
4．5 高速数字信号处理器 179
4．5．1 软件线电信号处理的特点 179
4．5．2 数字信号处理器的选择技巧 180
4．5．3 数字信号处理器（DSP）介绍 182
4．5．4 通用处理器（GPP）介绍 184
4．6 高速FPGA设计技术 185
4．6．1 软件线电中的高速FPGA 185
4．6．2 FPGA基本原理 189
4．6．3 基于高速FPGA的软件线电系统设计 191
4．7 软件线电系统设计实例 202
习题与思考题4 205
第5章 软件线电信号处理算法 207
5．1 软件线电中的调制算法 207
5．1．1 信号调制通用模型 207
5．1．2 模拟信号调制算法 208
5．1．3 数字信号调制算法 212
5．2 软件线电解调算法 218
5．2．1 信号解调通用模型 218
5．2．2 模拟调制信号解调算法 220
5．2．3 数字调制信号解调算法 222
5．3 软件线电中的同步算法 227
5．3．1 数字锁相环 228
5．3．2 同步参数估计 229
5．3．3 软件线电中的载波同步算法 232
5．3．4 软件线电中的位同步算法 241
5．3．5 载波和位同步的联合最大似然估计算法 245
5．3．6 软件线电中的帧同步算法 246
5．4 软件线电的中均衡算法 247
5．4．1 线性均衡算法 247
5．4．2 判决反馈均衡算法 250
5．4．3 自适应均衡算法 251
5．4．4 盲均衡算法 255
5．5 调制样式自动识别算法 259
5．5．1 模拟调制信号的自动识别 259
5．5．2 数字调制信号的自动识别 262
5．5．3 模拟数字调制信号的联合自动识别 264
5．5．4 信号调制样式自动识别中应注意的几个问题 265
5．5．5 基于人工神经网络的调制识别 269
习题与思考题5 271
第6章 信道编译码技术 272
6．1 信道编译码基础 272
6．2 信道编码概述 274
6．2．1 扰码 274
6．2．2 纠错码及交织 276
6．2．3 信道编码的应用及性能 281
6．3 几种简单的检纠错码 283
6．4 RS码的编译码 287
6．4．1 RS码的编码 287
6．4．2 RS码的译码 289
6．5 卷积码的编译码 292
6．5．1 卷积码的编码 292
6．5．2 Viterbi译码法 294
6．5．3 误码率检测 298
6．6 Turbo码的编译码 298
6．6．1 Turbo码的编码 298
6．6．2 Turbo码的译码 301
习题与思考题6 302
第7章 软件通信体系结构（SCA） 304
7．1 SCA规范介绍 304
7．1．1 SCA的基本概念 304
7．1．2 SCA规范介绍[1] 306
7．2 SCA系统工作原理 319
7．2．1 SCA系统的运行及管理 319
7．2．2 波形应用的安装和卸载 321
7．2．3 波形应用的实例化和控制 322
7．3 波形应用开发 323
7．3．1 波形描述语言（WDL） 323
7．3．2 SCA波形应用的开发过程 326
7．3．3 基于OSSIE的SCA波形应用开发 327
习题与思考题7 336
第8章 软件线电在线工程中的应用 337
8．1 软件线电在军事通信中的应用 337
8．1．1 软件线电的先驱――MBMMR电台 338
8．1．2 联合战术线电系统（JTRS） 339
8．2 软件线电在移动通信中的应用 341
8．2．1 软件线电基站接收分系统 342
8．2．2 软件线电基站发射分系统 347
8．2．3 软件线电基站的技术挑战 351
8．2．4 软件线电手持终端（移动手机） 352
8．3 软件线电在电子战中的应用 353
8．3．1 软件线电侦察接收机 354
8．3．2 基于多相滤波的电子战信道化接收机 358
8．3．3 软件线电干扰发射机 361
8．4 软件线电在雷达中的应用――“软件雷达” 364
8．4．1 “软件雷达”的基本概念 365
8．4．2 软件雷达的实现原理 365
8．4．3 相控阵软件雷达系统 367
8．5 软件线电在天基信息系统中的应用――“软件星” 368
8．5．1 “软件星”基本概念 369
8．5．2 “软件星”有效载荷的组成原理 370
8．5．3 基于“软件星”的综合一体化天基信息系统 371
习题与思考题8 373
第9章 软件线电的新发展――认知线电 375
9．1 认知线电基本概念 375
9．1．1 认知线电的提出背景 375
9．1．2 认知线电的定义及特点 376
9．1．3 认知线电关键技术 377
9．2 认知线电的认知循环过程 377
9．2．1 频谱感知 378
9．2．2 频谱分析 378
9．2．3 频谱决策 379
9．2．4 频谱会聚 379
9．2．5 频谱监视 380
9．2．6 频谱切换 380
9．3 频谱感知技术 380
9．3．1 接收机检测频谱感知 381
9．3．2 发射机检测频谱感知 381
9．3．3 协作频谱感知 384
9．3．4 多维频谱感知 384
9．4 IEEE802．22标准 385
9．4．1 物理层接口 385
9．4．2 MAC层接口 386
9．4．3 其他接口要求 387
参考文献 389