參考2軟件無線原理與技術(shù)向新

目第1 第2 綜 第3 綜 SCA的定 SCA的版本發(fā) SCA的硬件結(jié) SCA的軟件結(jié) 軟件以及軟件可重配 第4 過采 第5 下變 第6 上變 1章軟件無線電的定義軟件無線電的定20、設(shè)備便可用于任何通信應(yīng)用之中，例如可以用于蜂窩網(wǎng)的、傳呼機(jī)接PC，我們可以用PC完成很多完全不同的工作，如、聽音樂、編輯文檔、打游戲等。軟1-1、圖1- 軟件無線電技術(shù)設(shè)想：通信世界的個(gè)人計(jì)算1992年5月在通信系統(tǒng)會議(NationalesystemsConference)上，MITREJosephMitolaJosephMitola軟件無線電是多頻帶無線電，它具有寬帶的天線、射頻轉(zhuǎn)換、模/數(shù)和數(shù)/軟件無線電 )對軟件無線電的定義是可多頻帶/多模式/多功能(M3，Multiband/Multimode/Multirole)工間來實(shí)現(xiàn)信息收/發(fā)的通信技術(shù)“軟件”也是一個(gè)極其常用的詞匯，它的原就是于通信的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其中，軟件就是用于控制通信系統(tǒng)工作的一系列構(gòu)。圖1-2展示了一種雙中頻的超外差式收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)，這一設(shè)計(jì)始于1930年，1-2統(tǒng)的應(yīng)用外，也應(yīng)用于1G的移動終端中。例如的先進(jìn)移動系統(tǒng)A/DD/A與可軟件技術(shù)相結(jié)合就形成了具有可重配置能力的軟件無線電，如圖1-31-31-4單的模擬子系統(tǒng)。模擬子系統(tǒng)包括天線、射頻濾波、射頻切換、前置低的是使模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的部分盡可能接近天線。在圖1-4中，接收1-4圖1- 在多頻段/多模式/多功能應(yīng)用中軟件無線電的優(yōu)51-6圖1- 軟件無線電的發(fā)1級為軟件控制無線電(SCR,SoftwareControlledRadio)。系統(tǒng)通過軟2(SDR,SoftwareDefinedRadio)。系統(tǒng)使用軟件比如還有射頻(RF)或中頻(IF)SDR的頻率范圍。SDR能夠大量的波形或空間接口，并可以通過軟件來添加ADC/DAC，消除了大部分模擬部件，從而降低了失真和噪第4級為終極軟件無線電(USR，UltimateSoftwareRadio)。這種軟件無線23無線電和軟件無線電作了明確的區(qū)分。SR顯然，SRSDR，SDRSR，一般可統(tǒng)稱為基于軟件的無線電。SRSDR軟件無線電的和發(fā)明確提出是在20世紀(jì)90年代但是其概念最早于20世紀(jì)70年代末VHF頻段多模式無線電系統(tǒng)的開發(fā)長期以來無線設(shè)備都是針對某些特，電子(ICNIA)系統(tǒng)的計(jì)劃該計(jì)劃的目標(biāo)是開發(fā)一種工作在30~1600 MHz的多功在1992年成功進(jìn)行了測試，這是世界上第一種可編程的無線電系統(tǒng)。這個(gè)計(jì)劃心處理機(jī)，其中通信、導(dǎo)航、識別整合為一個(gè)CNI子系統(tǒng)。該系統(tǒng)為四代戰(zhàn)斗機(jī)提供下述功能：超視距敵我識別能力(IFF)，安全、多通道、多頻段話音通信能力數(shù)據(jù)鏈(IFDL)交換能力，對多架編隊(duì)飛行飛機(jī)顯示器進(jìn)行同步的能力。CNI系統(tǒng)具有支持35種不同的通信、導(dǎo)航和識別的信號波形的能力，可以提供從VHF到K波段的無線電通信這些功能是由一系列不同類型的通用模塊支持的，，，在ICNIA計(jì)劃期間，即20世紀(jì)80年代末又發(fā)起了戰(zhàn)術(shù)可SPEAKeasy，SPEAKeasy計(jì)劃是的軟件無線電通信電臺開發(fā)計(jì)劃主要開發(fā)面未來軍事需求具備多網(wǎng)絡(luò)操作的無線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)以解決多間的互通問題。這個(gè)計(jì)劃首次試圖將已有的無線系統(tǒng)整合為一個(gè)系統(tǒng)。SPEAKeasy電臺的工作頻段為2 MHz～2GHz，利用可編程處理技術(shù)，計(jì)劃間通信的中繼轉(zhuǎn)發(fā)電臺。SPEAKeasy電臺的硬件和軟件均采用模塊化、開放式的信系統(tǒng)(PMCS)的研制過程中。PMCS項(xiàng)目的進(jìn)一步發(fā)展，特別是它的實(shí)體參考模型，又被軍方作為正在發(fā)展的軟件無線電計(jì)劃JTRS電臺的基礎(chǔ)。JTRS系列(如機(jī)載、地面、移動、固定站、海上、個(gè)人通信等)中使用。JTRS的工作頻段也為2 MHz～2GHz，且結(jié)構(gòu)也與MBMMR電臺的組成結(jié)構(gòu)完全類似。JTRS電臺與常規(guī)電臺的最大不同點(diǎn)是具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能和處理能力。JTRS電臺與MBMMR電臺相比所需支持的信號波形、更廣泛，還能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展，進(jìn)行快捷、高效的波形升級。這些特點(diǎn)都充分顯示了JTRS電臺是基于軟件無線電設(shè)計(jì)思想的。JTRS旨在為海、陸、空各種環(huán)境下的指戰(zhàn)員提供橫向和縱向跨頻段的網(wǎng)絡(luò)連接，它是數(shù)字化戰(zhàn)場環(huán)境中通信聯(lián)絡(luò)的主要，支持未來的“2010聯(lián)合構(gòu)想。國防部擬用JTRS取代現(xiàn)用的25~30個(gè)系列共75萬部電臺。JTRS計(jì)劃還推出了后來作為國際軟件無線用標(biāo)準(zhǔn)的軟件通信結(jié)構(gòu)(SCA)。該計(jì)劃要求從2003年開始，完成符合軟件通信結(jié)構(gòu)(SCA)且滿足美務(wù)同時(shí)將繼續(xù)根據(jù)新的或變化的要求改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)嵌入技術(shù)。各軍種的大量戰(zhàn)術(shù)通信計(jì)劃有可能被JTRS所代替，這樣，大量無線電圖1-7所示為JTRS系統(tǒng)的使用簡圖在無線電中采用軟件無線電的優(yōu)勢是顯而易見的理想的通信系統(tǒng)應(yīng)該不僅可以改變編碼，而且可以改變其調(diào)制模式、信道帶寬、數(shù)據(jù)速率、性)。這樣的系統(tǒng)能夠有效地?cái)撤降慕孬@，在環(huán)境下具有潛在優(yōu)勢。圖1- JTRS系統(tǒng)的使用簡圖(在三軍所有環(huán)境領(lǐng)域中使用民用通信系統(tǒng)的競爭非常激烈任何可以為用戶或服務(wù)提供商提供更能或服移動的快速發(fā)展情況如圖1-8所示20世紀(jì)80年代我國引入模擬制TACS系統(tǒng)(1G)，到20世紀(jì)90年代初，引進(jìn)了數(shù)字制的GSMCDMA統(tǒng)(2G)，現(xiàn)在馬上進(jìn)入3G時(shí)代，系統(tǒng)的性能和服務(wù)在日益提高，4G的技術(shù)研究也已經(jīng)開始。用高達(dá)2000億。如果現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)硬件建立在軟件無線電原理之3G圖1- 民用移動通信的發(fā)1-9圖1- 移動通信的標(biāo)對于2G，歐洲各國、中國采用 采用CDMA；對于正在發(fā)展的現(xiàn)有三個(gè)可能的標(biāo)準(zhǔn)，即歐洲的WCDMA、的CDMA2000和中國的TDS-CDMA。戶新的終端，例如在GSM中增加GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)，這會造成較大的經(jīng)濟(jì)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用很廣，如的SMR系統(tǒng)已廣泛用于出租車等行業(yè)。對其進(jìn)行升安裝新的系統(tǒng)是較為的，而且用戶也難以接受；從經(jīng)濟(jì)的角度看，采用這SMR20世紀(jì)90年代初，隨著SPEAKeasy計(jì)劃對公眾的公開，軟件無線電技術(shù)的民用領(lǐng)域應(yīng)用開始展開，例如，現(xiàn)在3G移動通信系統(tǒng)就是基于軟件無線電技術(shù)的。1996年，模塊化多功能信息傳輸系統(tǒng)(MMITS)成立，這是一個(gè)國際性的 ，使其具有類似個(gè)人計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的特性。另外也對軟件無線電相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究，比如軟件、硬件和軟件模塊接口以及協(xié)議等。到1998年，MMITS論業(yè)。SDR與JTRS項(xiàng)目緊密合作，將JTRS開發(fā)的軟件通信結(jié)構(gòu)(SCA)引OMG(SCA，軟件無線電的研究熱點(diǎn)和難寬帶/多頻段天線、智能天靈活的射頻前端設(shè)高速ADC、軟件無線電體系結(jié)構(gòu)的基本特征之一是使A/DD/A聲及失真的影響等。所以，選用合適的ADC/DAC變換器是實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件無線電系高速信號處理ADC軟件完成中頻處理。中頻處理對速度的要求大500~10000MIPS/MFLOPS數(shù)量級；基帶處理要求大10~100MIPS/MFLOPS數(shù)量級；另外還要加上實(shí)現(xiàn)比A/D1000MIPS/MFLOPSFPGA軟件無線電的算軟件無線電算法的構(gòu)造過程是：首先對設(shè)備的各種功能進(jìn)行物理描述并建軟件以及軟件可重配置技其，ADC及數(shù)字信號處理器等技術(shù)水平的限制，實(shí)現(xiàn)一一方面集中在新技術(shù)的研究上，另一方面的是在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，研究，軟件無線電的未無線電納入國家“863”。系統(tǒng)采用16QAM調(diào)制，當(dāng)信道時(shí)，采用QPSK調(diào)制，另外，也可以根據(jù)信道21世紀(jì)無線電通信領(lǐng)域 技術(shù)2章軟件無線電硬件體系結(jié)構(gòu)、件和接口協(xié)議等部分。軟件無線電體系結(jié)構(gòu)是軟件無線電技術(shù)的。軟件無線帶天線和多頻段射頻模塊技術(shù)電磁兼容技術(shù)材料技術(shù)和技術(shù)等、2-12-12-1ADC/DAC分為硬件部分和軟件部分。硬件體系結(jié)按照物理介質(zhì)劃分的硬件體系結(jié)二種是以DSP為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)字信號處理的體系結(jié)構(gòu)；第三種是以FPGA為基礎(chǔ)進(jìn)GPP(General-PurposeProcessor)桌面計(jì)算用CPU，諸如英特爾、奔騰或PowerPC等。DSP：即數(shù)字信號處理器(DigitalSignalProcessor)，是指專門為快速實(shí)FPGA(FieldProgrammableGateArray)，它是在PAL、GAL、PLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。FPGA是作為集成GPP這種設(shè)計(jì)完全采用PC機(jī)和工作站完成所有的信號處理工作，這樣的軟件無線電系統(tǒng)也稱為虛擬無線電(VirtualRadio)。對于這種無線電系統(tǒng)，從實(shí)體上題。這種結(jié)構(gòu)以麻省理工學(xué)院(MIT)計(jì)算機(jī)科學(xué)開發(fā)的SpectrumDSPDSPDSP較好，開發(fā)調(diào)試比較容易，性能比較好，其主要代表是的SPEAKeasy多頻段多模電臺(MBMMR，Multi-Band-MultiModeRadio)。該電臺采用TI公司的TMS320C40多組Quad-C40MCM，能夠提供200MFLOPS和1100MIPS的處理能力以及300MBI/O吞吐量。SPEAKeasy的思路是：立足于當(dāng)前的硬件水平來FPGAFPGA這種可重配置處理器非常適用于范圍廣泛的大計(jì)算量的任務(wù)。一FPGAFPGASPEAKeasyDSP能完成的功能，可用處理器和FPGA來實(shí)現(xiàn)。按照系統(tǒng)中各功能模塊的連接方式劃分的硬件體系結(jié)ADC/DAC、DDC/DUC2-2流水式結(jié)構(gòu)中各個(gè)模塊的直接耦合過于緊密，存在著牽一發(fā)而動全局的問題?；谶@種情況，人們提出了總線式結(jié)構(gòu)?？偩€式結(jié)構(gòu)的軟件無線電結(jié)構(gòu)中，2-32-3DSP，則目前任何單片DSP都難以勝任，因此軟件無線電總線應(yīng)能保證多DSP的并行處理，共享系統(tǒng)I/O50Mb/s，32~64ISA、EISA、VESA、PCI、STD、VME、PC/、pactPCISmallPCIPCIVME總線，也是軟件無線電的常用總線。在SPEAKeasy-Ⅰ中選擇的就是VME總交換式結(jié)構(gòu)如圖2-4所示該平臺采用適配器和交換網(wǎng)為各功能模塊提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信服務(wù)，各個(gè)功能模塊都是由相同的DSP單元組成的，模塊之間通過ATM信元)，并通過交換網(wǎng)絡(luò)來交換數(shù)據(jù)。這種體系遵循相同的通口和協(xié)議，它圖2- 交換式結(jié)構(gòu)示意利用交換式結(jié)構(gòu)可以方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的廣播(Broadcast)和多播(Mul)，大大拓展了硬件平臺的處理能力，極大地提高了平臺的靈活性和基于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)如圖2-5所示這種結(jié)構(gòu)由可編程前端和并行計(jì)算成中頻信號，前端的ADC將中頻數(shù)字化，交給運(yùn)算平臺得到信息；相反，信息通DAC2-5基于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)目前基于通用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)軟件無線電系統(tǒng)還比較，該技術(shù)尚不夠成熟，2-1總線式結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)，常用來開發(fā)原型樣機(jī)；交換式結(jié)構(gòu)與基于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)圖2- 軟件無線電系統(tǒng)結(jié)數(shù)字信號處理2-62-6ADC/DAC，DDC、DUC、DDS、濾波GPP、DSP、FPGA。ASIC(ApplicationSpecificIntergratedCircuits)有可編程能力的信號處理器件。AIC即集成電路，是指應(yīng)特定用戶要求和DSPASICASICASICASICGPP目前狀況來看，DSPFPGADSP理速度已高達(dá)2000MIPS，性價(jià)比不斷上升，開發(fā)不斷改進(jìn)。在數(shù)字化DSP譽(yù)為信息社會的旗手同時(shí)DSP已成為集成電路中發(fā)展最快的電子產(chǎn)品DSP線電的主流。FPGA雖然早先主要應(yīng)用于的邏輯電路，但由于工藝技術(shù)的進(jìn)步，提升了性能并降低了功耗和成本，因此FPGA正從邏輯應(yīng)用進(jìn)入到信號處理系，著傳統(tǒng)DSP處理器的領(lǐng)地。隨著FPGA進(jìn)入90nm和65nm工藝時(shí)代，F(xiàn)PGA2006始，XilinxAlteraFPGAFPGADSPDSPASIC、FPGA、DSP、GPP術(shù)的發(fā)展，這四種器件之間的界線開始模糊，比如ASIC逐漸提供的可編程DSPFPGAASIC的選擇。ASIC、FPGA、DSP、GPP2-7圖2- ASIC、FPGA、DSP、GPP的可編程性和處理能力對在本章 在了解軟件無線電對信號處理要求的基礎(chǔ)上對GPPDSPFPGA信號處理器處理能力的度時(shí)鐘速指令執(zhí)行速指令執(zhí)行速度是指以一條指令所需的執(zhí)行時(shí)間或每秒鐘執(zhí)行的指令數(shù)目來ns(MIPS(百萬條指令每秒)。VLIWMIPS即使在傳統(tǒng)處理器之間比較MIPS的大小也具有一定的片面性。例如，某些能對單個(gè)數(shù)據(jù)位進(jìn)行移位有些處理器可以進(jìn)行與正在執(zhí)行的ALU指令無關(guān)的數(shù)執(zhí)行的ALU指令有關(guān)的數(shù)據(jù)并行處理有些新的處理器允許在單個(gè)指令內(nèi)定義兩MACMIPS操作執(zhí)行速點(diǎn)，其單位有MOPS(百萬次操作每秒)、MFLOPS(百萬次浮點(diǎn)操作每秒)和BOPS(十該指標(biāo)與MIPS有一定的聯(lián)系。例如，某些處理器能同時(shí)進(jìn)行浮點(diǎn)乘法操作MFLOPSMIPS乘加運(yùn)算(MAC)執(zhí)行速M(fèi)ACnsMMACS(MIPMACMACMAC周期內(nèi)會處理其他任務(wù)而且這個(gè)也諸如循環(huán)操作等的性能而種操作在所有的應(yīng)用中都會用到。FFT運(yùn)算執(zhí)行速FFT運(yùn)算執(zhí)行速度是指以運(yùn)行一個(gè)N點(diǎn)FFT程序所需的時(shí)間來度量由于FFT運(yùn)算涉及的運(yùn)算在數(shù)字信號處理中很有代表性因此FFT運(yùn)算時(shí)間常作為衡量處信號處理能力的需在軟件無線電的通用硬件平臺中，選用處理器件的重要指標(biāo)是信號處理能10010MHz25MHz，2500MIPS1G3G4186~7為了對軟件無線電系統(tǒng)的信號處理能力需求有個(gè)感性的認(rèn)識，在這里以UMTS/WCDMA隨著通信技術(shù)的不斷成熟以及用戶對通信質(zhì)量的要求越來越高，現(xiàn)有2G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不可避免地向3G演變3G普遍采用了CDMA技術(shù)，UMTS/WCDMA在空中接口層面采用Rake。這種有多個(gè)相關(guān)支路，每個(gè)，取和。Rake實(shí)質(zhì)上就是同時(shí)存在著多個(gè)。這種大大提高了3，顯然，UMTS/WCDMA也就提高了。另外，UMTS是非同步的，在路徑搜索和切換過程中將需要更多的操作，因此，UMTS需要的信號處理能力。若設(shè)計(jì)一個(gè)具有多個(gè)空中接口(比如UMTS、CDMA2000、GSM、TDMA2-22-210000MMACS在碼片區(qū)主要完成以碼片(一個(gè)碼片中包含多個(gè)中頻樣點(diǎn))為單位的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，處理能力要求次之；在碼元區(qū)主要完成以碼元(一個(gè)碼元中包含對信號處理器的要表2-2只是處理能力的大致需求但已經(jīng)說明在軟件無線電中信號處理算法FFT、相關(guān)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算等算法中都有大量的類似于∑A(k)B(n-k)ADC/DAC信號處理的定點(diǎn)格式是將數(shù)字表示為-1.0~+1.0浮點(diǎn)格式是將數(shù)字表示為尾數(shù)加指數(shù)的形式(即尾數(shù)×2n)直接的硬件加速支持；強(qiáng)的實(shí)時(shí)性決定了數(shù)字信號處理器不能有太多的動態(tài)特征，因此對高速緩存(ache)機(jī)制、分支預(yù)測機(jī)制和終端響應(yīng)機(jī)制的選擇或采用具有一定的限制。在運(yùn)算上數(shù)字信號處理算法包含大量的簡單運(yùn)算和短小循環(huán)，數(shù)據(jù)運(yùn)算高度重復(fù)處理器應(yīng)該設(shè)置片內(nèi)器單周期MAC功能單元和硬“零以滿足運(yùn)算實(shí)時(shí)快速的要求數(shù)據(jù)地址的計(jì)算會隨著訪問的頻繁度而線性增長這樣數(shù)據(jù)地址計(jì)算的速度和數(shù)據(jù)的速度要求較高處理器應(yīng)該有高的器帶寬專門的地址計(jì)算單元和的尋址模式用來對高效的數(shù)據(jù)提供必要的支持。GPP、DSP、FPGAGPP簡GPP即通用處理器，一般指的是服務(wù)器用和桌面計(jì)算用CPU。它具有很GPPGPP此，GPPGPP的種類和性能特GPP的生產(chǎn)廠商主要有的In和AMD公司。IBM、HP(COMPAQ)、SGI、用RISC指令系統(tǒng)，通過量、亂序執(zhí)行、動態(tài)分支預(yù)測、推測執(zhí)行等機(jī)制，提高指令級并行性，以改善性能。這類被廣泛用于各種工作站、服務(wù)器和高GPPGPP采用馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，如圖2-8所示。在這種結(jié)構(gòu)中，只有一個(gè)器次乘發(fā)生4次器，用掉至少4個(gè)指令周期。在高速運(yùn)算時(shí)，往往會GPP個(gè)是數(shù)據(jù)另一個(gè)是指令它們直接連接到處理器核以加快運(yùn)行時(shí)的速度。從物理上說，這種片內(nèi)的雙器和總線的結(jié)構(gòu)幾乎與哈佛結(jié)構(gòu)一樣。然而從邏輯上說，兩者還是有重要區(qū)別的。GPP圖2- 馮·諾依曼結(jié)MACGPPGPPGPP64GPP僅具有常用尋址模式，數(shù)字信號處理所需要的特殊的尋址模式在GPP中GPPGPPCISCRISC樣本究竟需要多少時(shí)間，或者在情況下至少需用多少時(shí)間。由于GPP有操作CPU如果打算用低成本的GPP去完成實(shí)時(shí)信號處理的任務(wù)則執(zhí)行時(shí)間的預(yù)測大概不會成為什么問題，因?yàn)榈统杀綠PP具有相對直接的結(jié)構(gòu)，比較容易預(yù)測執(zhí)行時(shí)間。然而，大多數(shù)實(shí)時(shí)信號處理應(yīng)用所要求的處理能力是低成本GPP所不能提GPP不太容易設(shè)置片內(nèi)器。GPP減小處理器速度和器速度之間的差距的典型方法是在GPP設(shè)置高速緩存(Cache)。但是現(xiàn)在為了信號處理應(yīng)用，有些GPP也設(shè)置了大的片內(nèi)器。具體業(yè)務(wù)為從簡單的文字處理到MP3、Flash、音編、3D游戲等。GPPGPPGPPPentium43.2GHz，GPP據(jù)(SIMD，SingleInstructionMultipleData)VLIWSIMDPentiumMMXPowerPC族的AltiVec擴(kuò)展，而VLIW結(jié)構(gòu)和量結(jié)構(gòu)都可以使GPP在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)GPP10000MIPSGPPGPPGPP這樣的概念。在操作系統(tǒng)的支持下可以為軟件無線電系統(tǒng)開發(fā)提供很多便利條件比如虛擬器多線程等開發(fā)環(huán)境很容易使用GPP系統(tǒng)可以采用常用C/C++)GPP雖然如此，但采用GPP實(shí)現(xiàn)軟件無線電的限制因素也較為明顯，最大的問題耗等因素進(jìn)行綜合考慮，這樣使GPP無用武之地。更好的方法是采用DSPGPP，GPP則通過DSP完成這樣可降低PCI總線上數(shù)據(jù)的流量而且可以對DSP編程DSP簡DSP是一種專門用來實(shí)現(xiàn)信號處理算法的微處理器，可以認(rèn)為是GPP的特例。根據(jù)使用方法的不同，DSP可以分為DSP和通用DSP。DSP只能FFTMotorola公司的DSP56200Zoran公司的ZR34881Inmos公司的IMSA100等就屬于型DSP。例如，數(shù)字濾波、FFT等使用方便，處理速度快，但是靈活性差。通用DSP適合普通的DSP應(yīng)用，類似GPP一樣有完整的指令系DSPDSPDSP的種類和性能特從1978年第一片DSP發(fā)布至今，DSP一直處于高速發(fā)展之中，其性價(jià)比越來越高，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。DSP和通用處理器有很大的區(qū)別，因?yàn)镈SP的?，F(xiàn)在開發(fā)DSP的公司很多,主要有TI、ADI、Motorola等公司。目前最知名的是德州儀器公司(TI,TexasInstruments)的TMS320系列，其中有主功能、復(fù)雜應(yīng)用領(lǐng)域的TMS320C6000系列ADI公司在DSP市場上也占。ADSP-BF532以及Blackfin系列，浮點(diǎn)DSP有ADSP21000/21020、ADSP21060/21062，以及TigersharcTS101、Tigersharc、TS201S。Motorola公司推出的DSP比較晚1986年該公司推出了定點(diǎn)DSP處理器MC56001；1990年，又推出了與IEEE浮點(diǎn)格式兼容的浮點(diǎn)DSPMC96002；此外還有DSP、位的DSP、位的DSP563XXMSC8101DSPDSP傳統(tǒng)的GPP采用馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，DSP一般采用哈佛結(jié)構(gòu)。在哈佛結(jié)構(gòu)加倍，適合高速運(yùn)算。DSP2-9MACDSP具有的硬件乘法器，這是DSP的特征之一。硬件乘法器的功能是在單周期內(nèi)完成一次乘法運(yùn)算。DSP內(nèi)還增加了累加器寄存器來處理多個(gè)乘積的在數(shù)字信號處理運(yùn)算中乘累加運(yùn)算量是很大的因此硬件乘法器是DSP實(shí)現(xiàn)圖2- DSP的結(jié)GPPDSP可以分為定點(diǎn)DSP和浮點(diǎn)DSP大多數(shù)DSP以定點(diǎn)格式進(jìn)行工作，稱為定點(diǎn)DSP，如TI公司系列，AT&TDSP16/16A，MotoloraMC56000用定點(diǎn)DSP編程和算法設(shè)計(jì)通過分析或仿真來確定所需要的動態(tài)范圍和精度。以浮點(diǎn)格式工作的DSP稱為浮點(diǎn)DSP如TI公司的TMS320C3X/C4X/C8X，ADADSP21XXX，AT&TDSP32/32C，MotoloraMC96002的浮點(diǎn)格式，如TMS320C3X，而有的DSP則采用IEEE的標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)格式，如MotorolaMC96002FUJITSUMB86232ZORANZR35325DSPDSPDSP數(shù)據(jù)寬度或字長表示DSP的運(yùn)算精度，一般的定點(diǎn)DSP的字長為MC56001等。浮點(diǎn)的字長一般為32位，累加器為40位。通常精度越高，則DSP請注意絕大多數(shù)DSP器件的指令字和數(shù)據(jù)字的寬度一樣也有一些不一樣，ADI(ADSP-21XX1624DSP具有特殊的尋址模式。DSP一般包含有專門的地址產(chǎn)生器，它能產(chǎn)生信FIRFFT如，TMS320C2000MACDDSPDSPGPPDSP易判斷指令是從高速緩存還是從器中DSP一般不使用動態(tài)特性如了當(dāng)?shù)?，這使得程序員得以確定的性能限制。(如TI公司的TMS320C54X系列)，系列中不同DSP也具有不同的硬僅用于信息電器的DSP操作系統(tǒng)就有10種左右，其中較為流行的主要有電源電壓過去常采用5V，在某些DSP應(yīng)用場合，功耗也是一個(gè)需要特別注意的問題。例如，便攜式的DSP設(shè)備、手持設(shè)備、野外應(yīng)用的DSP設(shè)備等都對功耗有特殊的要求。目前，3.3V供電的低功耗高速DSP已大量使用。DSPDSP的處理能TMS320C6000系列為新一代高性價(jià)比DSP，是高端DSP處理器的代表。C6000系列的DSP定點(diǎn)運(yùn)算可以達(dá)到1200~8000MIPS，浮點(diǎn)運(yùn)算可以達(dá)到600~1800MFLOPSTMS320C62XTMS320C67X。TMS320C64X為TI公司推出的高性能定點(diǎn)DSP處理器，時(shí)鐘速1GHz，8000MIPS。DSP廣泛采用流水線。與哈佛總線結(jié)構(gòu)相關(guān)，DSP指、譯碼、取操作數(shù)、執(zhí)行等幾個(gè)階段，DSP在程序執(zhí)行過程中是進(jìn)行的，即在對本條指令取指的同時(shí)，前面的三條指令2-10圖2- 流水線示意 FIRIIR。這種多處FFTDSP行的操作的數(shù)量；提高每個(gè)指令周期中執(zhí)行的指令的數(shù)量。GPP中所采用的SIMD、VLIW和量技術(shù)在DSP中都有采用由此可知，DSP多處理器并行技雖然現(xiàn)代單片DSP的處理能力已經(jīng)非常強(qiáng)大但是面對軟件無線電的應(yīng)用需DSP圖2-11給出了采用總線共享方式實(shí)現(xiàn)多DSP并行處理的組成框圖?？偩€共同的。當(dāng)多個(gè)DSP申請總線使用權(quán)時(shí)，總線仲裁電路將根據(jù)分時(shí)或優(yōu)先等級原則把總線的使用權(quán)交給其中的某個(gè)DSP，并把此DSP作為此時(shí)的主處理器，而DSP2-11DSP當(dāng)然還有其他的一些解決方式某些DSP專門提供了特殊用途的硬件來解決各個(gè)處理器的連接，比如ogDevices公司的ADSP-2106x提供了雙向DSP開發(fā)工在具體設(shè)計(jì)基于DSP的軟件無線電系統(tǒng)的時(shí)候，首先需要選擇DSP。只有選定了DSP，才能進(jìn)一步設(shè)計(jì)其電路及系統(tǒng)的其他電路?？偟膩碚f，DSP的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的需要而確定，并考慮上述DSP的具體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、供貨情況、生命周期等。另外特別需要考慮DSP的開發(fā)工具，在DSPDSPCDSP硬件兩部分。軟件開發(fā)工具主要包括：C編譯器、匯編器、器、程序庫、軟從而確定必要的性能指標(biāo)。硬件開發(fā)工具包括硬件仿真器和系統(tǒng)開發(fā)板。在線硬件仿真器通常是JTAG周邊掃描接口板，可以對設(shè)計(jì)的硬件進(jìn)行調(diào)試。DSPDSPDSP2-12DSP圖2- DSP處理器開發(fā)流程C(CCompiler)DSPDSPCCC20%～40%CCIIR一般為了得到高效編程，在系統(tǒng)軟件開發(fā)中，關(guān)鍵的DSP運(yùn)算程序都是自行用匯編語言手工編寫的，按照規(guī)定的接口約定，由C程序進(jìn)行調(diào)用，這樣可極大。器(Linker)器用來將主程序、庫函數(shù)和子程序等，由匯編器產(chǎn)生的目標(biāo)文件在一起，產(chǎn)生一個(gè)可執(zhí)行的模塊，形成DSP目標(biāo)代碼。。硬件仿真器(Emulator)。硬件仿真器用JTAG接口電纜把DSP硬件目標(biāo)系統(tǒng)和裝有仿真軟件/仿真卡的PC接口板連接起來，用PC平臺對實(shí)際硬件目標(biāo)為了方便調(diào)試廠家會提供一個(gè)包含DSP器常用接口電路的通用路板和相應(yīng)軟件的軟/硬件系統(tǒng)，通常有兩種形式：一種是電路板卡的形式，插DSPDSK(DSPStarterKit)門套件和較為復(fù)雜的EVM(EValuationModule)評估模塊等。這些都有助于初學(xué)DSP隨著DSP應(yīng)用范圍的擴(kuò)大、處理能力的加強(qiáng)以及DSP更新速度的加快，DSP些標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)生產(chǎn)電路板級DSP處理模塊，同時(shí)為這種標(biāo)準(zhǔn)模塊提供豐富的軟件開發(fā)系統(tǒng)和算法庫。其中典型的如TMS320C4X和SDSP2106X，它們可DSPDSP、目前各DSP生產(chǎn)廠家已經(jīng)把以上列出的各開發(fā)工具集成在一起構(gòu)成了境把編譯匯編等工具集成在一起用一條命令即可完成全部的匯編工作。、TICCSTICCS(CodeComposerStudio)，IDE，TIDSPCCSTIC6000可視化和剖析的編譯功能CCS能在一個(gè)控制窗口內(nèi)使用所有的工具無TIDSPDSP在一個(gè)開放式插件(plug_in)結(jié)構(gòu)下，CCS集成了以下軟件工具：集CodeComposer換軟件(RTDX)，實(shí)時(shí)分析(real_timeysis)和數(shù)據(jù)可視化(datavisualization)軟件。DSPVisualDSP++軟件開發(fā)環(huán)境、EZ-KitLiteUSBPCI該系統(tǒng)支持ADI公司的在業(yè)界領(lǐng)先的處理器，像Blackfin和TigerSHARC系列C其中，VisualDSP++C/C++(VisualDSP++EZ-KitLite增加JTAG仿真來支持?jǐn)U展。仿真程序適用于串行端口、PCI和USB主機(jī)FPGA簡FPGA2-13圖2- FPGA的結(jié)FPGAFPGA是作為集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路出現(xiàn)的它既解決了定制電CPUFPGA來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)可以通過傳統(tǒng)的原理圖輸入法或是硬件描述語言，自由完成以后，還可以利用FPGA的修改能力，隨時(shí)修改設(shè)計(jì)而不必改動硬件路。FPGA一般采用SRAM工藝，也有一些器件采用Flash工藝或反熔絲工藝等，其集成度很高，器件密度為數(shù)萬門到數(shù)千萬門不等。FPGA通常包含三類可I/O能塊是實(shí)現(xiàn)用戶功能的基本單元，它們通常排列成一個(gè)陣列，散布于整個(gè)；可編程I/O塊完成上邏輯與外部封裝腳的接口常圍繞著陣列排列于四I/O整個(gè)上發(fā)送數(shù)據(jù)。不同廠家生產(chǎn)的FPGA在可編程邏輯塊的規(guī)模 互聯(lián)線的結(jié)構(gòu)和采用FPGAFPGAPLDFPGA這兩者的差別在于FPGA的邏輯塊通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于PLD，這樣FPGA就具有較好的資源利用率。FPGA邏輯塊中通常包含n輸入的查找表(LUT)以及用于數(shù)據(jù)的觸發(fā)器。輸入邏輯塊的數(shù)據(jù)送入LUT或觸發(fā)器的輸，LUT的輸出與邏輯塊的輸出口或觸發(fā)器的輸連接，采用多路開關(guān)(Mux)選擇不同的輸入組合。這樣，依靠正確設(shè)置的內(nèi)容，LUT就可以實(shí)現(xiàn)n輸入的布爾代數(shù)，如圖2-14所示。每個(gè)邏輯塊中的觸發(fā)器用于數(shù)據(jù)。LUT和觸發(fā)器依靠可編程布線資源2-14FPGA采用SRAM工藝的FPGA在掉電后信息就會丟失一定需要外加配，在上電的時(shí)候，由這個(gè)配置將數(shù)據(jù)加載到FPGA中，然后FPGA就可以FPGA采用反熔絲或Flash工藝，對于這種FPGA，不需要外加配置。FPGA的可重配置能力很強(qiáng)，其配置一般在系統(tǒng)上電時(shí)完成。在工作期間，F(xiàn)PGARAM對片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程，加電時(shí)，F(xiàn)PGA將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進(jìn)入工作狀態(tài)，掉電后FPGA恢復(fù)成白片，邏輯關(guān)系。FPGA的編程無需的FPGA編程器，只需用通用的EPROM、PROM編程器FPGAEPROMFPGA，不同AtmelAT40K)已經(jīng)允許動態(tài)重配，即在工作狀態(tài)下對功能進(jìn)行重配置。在軟件無線電的應(yīng)用中，F(xiàn)PGA的主要優(yōu)勢在于：FPGA可以進(jìn)行并行化，比如在實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算(MACFPGAFPGA的種類和性FPGAAltera、Xilinx。FPGACycloneXilinxFPGAXC9500CoolrunnerSpartanFPGAGPPDSP，幾乎沒有什么可對比DSP，F(xiàn)PGA完成。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)PGA的集成度非常高，性能越來越好，片上資源也較為豐富，特別是有大量的乘法器，使得處理速度非?？?。以Xilinx的XC2V8000為例，其上有168個(gè)乘法器，當(dāng)時(shí)鐘速率為250MHz時(shí)，如果使42000MMACS，DSP10500MMACS，DSP需要注意的是，F(xiàn)PGAFPGA具有很強(qiáng)的硬件可重構(gòu)性這是GPPDSP所沒有的功能通過FPGA良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可重配置特性。配置文件的加載有多種方式。將配置文件全部預(yù)存在大的器中，由系統(tǒng)選擇配置通過，如無線或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)FPGAFPGA的開發(fā)工用開發(fā)工具輔助設(shè)計(jì)完成系統(tǒng)的開發(fā)。其電路設(shè)計(jì)采用的方式可以很多，包括原理圖輸入、硬件描述語言輸入，如VHDL、Verilog等。即使結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)者也不必?fù)?dān)心FPGA的結(jié)構(gòu)，開發(fā)工具可自動將設(shè)計(jì)者的電路映FPGA圖2- FPGA的開發(fā)流FPGAASICFPGAFPGAFPGA其中硬件工具主要是FPGA廠商或第廠商開發(fā)的FPGA開發(fā)板及其在軟件方面，針對FPGA設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，F(xiàn)PGA廠商和EDA軟件公司提供了EDA2-15每種EDA工具都有自己的特點(diǎn)。一般情況下FPGA廠商會提供相應(yīng)的集成開AlteraQuartusIIXilinxISE，在使用時(shí)是非常方便的，但它EDAFPGA使用，進(jìn)行多種EDA工具的協(xié)同設(shè)計(jì)，比如QuartusⅡ＋＋FPGACompilerⅡ，ISE＋＋SynplifyPro等。數(shù)字信號處理器的性能比GPPDSPDSP勢源于大多數(shù)信號處理算法中的乘累加運(yùn)算是基本運(yùn)算而且很大通過級流水線結(jié)構(gòu)，DSPMACDSPROM數(shù)據(jù)處理量比較大的DSP算法，其通用性卻下降了，比如Viterbi編譯和ViterbiTurbo于某種或某些算法的協(xié)處理器)，因而導(dǎo)致DSP無法適用于多種類型的DSP算法和DSP技術(shù)應(yīng)用。結(jié)果成本增加，通用性下降，因此大部分DSP應(yīng)用場合并沒有從這種增加各種硬件的DSP結(jié)構(gòu)變化中得到好處。FPGA器件是由大量的邏輯宏單元組成的，通過配置可以使這些邏輯宏單元FPGA成的電路可以以并行或順序方式工作。FPGAFPGA礎(chǔ)上，嵌入了許多面向DSP的硬核模塊，結(jié)合大量可配置于FPGA硬件結(jié)構(gòu)PSoC。DSP的定義是固定的。FPGAFPGAFPGADSPDSP。這里主要涉及一個(gè)問題，就是現(xiàn)在軟件無線電系統(tǒng)的需求面我們已經(jīng)3G2。展遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這些復(fù)雜的信號處理算法對處理器的要求，為了實(shí)現(xiàn)這些DSP功能，可以采用多個(gè)DSP處理器并行處理的方法，但是這樣會使設(shè)備的價(jià)格顯著FPGA的處理速度很快。例如，在Altera的FPGA中有大量的乘法器FPGA作。在并行工作方面，F(xiàn)PGADSPDSPFPGAFPGAFPGADSPBDTI是一個(gè)專門對DSP性能進(jìn)行評估的公司，它對用FPGADSP實(shí)現(xiàn)128抽頭的FIR濾波器的性能進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)用DSP處理器需要64時(shí)鐘周期計(jì)算一個(gè)采樣，而用FPGA可以在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)計(jì)算一個(gè)采樣。因此可以看出，與傳統(tǒng)DSP相比，用FPGA實(shí)現(xiàn)DSP應(yīng)用將帶來性能上性的提高。DSP開發(fā)中除了可以利用等工具完成算法仿真外，唯一有實(shí)際意義件系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計(jì)成功并能正常工作的條件下完成DSP源程序在硬件系統(tǒng)上的調(diào)試。這種調(diào)試環(huán)節(jié)單一，許多軟硬件中存在的問題定位十分，對于DSP器件在FPGA用HDL仿真器進(jìn)行RTL級功能仿真和模擬信號仿真；利用QuartusSignalTapⅡDSP5不同系列的DSP處理器結(jié)構(gòu)有較大差別需要選擇不同的匯編語言及其對應(yīng)FPGAFPGA一語言的綜合器和仿真器構(gòu)成了這一技術(shù)的；功能強(qiáng)大、適用面廣的FPGAFPGAIP對于低速、低吞吐量和大量復(fù)雜運(yùn)算的情況，DSP處理器的系統(tǒng)成本要比FPGA系統(tǒng)低得多。在多片DSP系統(tǒng)中，每一片DSP處理器都必須配置完整的輔其中包括諸如數(shù)據(jù)RAM、程序RAMROM、FIFO、雙口RAMFPGA/CPLD基于FPGA的系統(tǒng)其優(yōu)勢主要源于可以形成單片系統(tǒng)。目前擁有大規(guī)模邏輯資源的FPGA完全能容納本來由多片DSP處理器構(gòu)成的系統(tǒng)，從而使單片DSP系FPGA；DSP綜上所述，F(xiàn)PGA和DSP兩種器件的技術(shù)各有其特點(diǎn)，有分工也有競爭。一般來說，DSP處理器應(yīng)用于復(fù)雜算法的領(lǐng)域(例如多重if-then-elseMACDSP在先進(jìn)通信基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用中信號處理的工作量正在超出通用DSP的承受能力，因?yàn)镕PGA具有更高的速度，并可以通過一個(gè)上的多級MAC單元來提供更高的帶寬，它的巨大性能優(yōu)勢還使其成為一些高端信號處理應(yīng)用的技術(shù)選擇。在諸如3G、復(fù)雜實(shí)時(shí)工控系統(tǒng)、導(dǎo)航設(shè)備、實(shí)時(shí)圖像處理和聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電通信系統(tǒng)等領(lǐng)域中基于FPGA解決方案成為唯一的選擇同時(shí)FPGA也將 端的可編程數(shù)字信號處理，如FT、FIR、IR濾波器及很難適應(yīng)理想軟件無線電架構(gòu)所要求的面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)。同時(shí)，DSP也在不斷創(chuàng)新，以使其產(chǎn)品在更廣泛的應(yīng)用中具有。例如，AD公司計(jì)劃BlackfinLinux，此舉將使該系列數(shù)字信號處理器遠(yuǎn)MotorolaGPP、DSP、FPGA2-3GPP+DSP+FPGA，以整合這三種器件的特點(diǎn)。在具體開3章軟件無線電軟件體系結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代TCP/IP的出現(xiàn)了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(即不同物理層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò))的差異，而向上層提供統(tǒng)一的服務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，從而使Internet的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍。類似的要求也出現(xiàn)在無線通信領(lǐng)域，即軟件無線電的軟件部分硬件部分的差異(不同的硬件結(jié)構(gòu)和信號特征)而向上層供統(tǒng)一的各類服務(wù)。因此要求軟件無線電的軟件部分具有以下特點(diǎn)：想情況下，軟件也可以實(shí)現(xiàn)“即插即用”(plug&play)功能。這里引入一個(gè)重，主要的軟件體系結(jié)硬件特定的軟件結(jié)3-1I/ODSPDSP法是非面向?qū)ο蟮?，因此不可移植。圖3- 硬件特定的軟件結(jié)開放的軟件結(jié)間插件的層次結(jié)構(gòu)。這就構(gòu)成了與硬件特定軟件結(jié)構(gòu)不同的開放的軟件結(jié)構(gòu)。另外下層為操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序、資源管理，以及處理器通信。硬件、中間資源給不同的應(yīng)用，器管理，中斷服務(wù)，提供統(tǒng)一接口給硬件模塊圖3- 開放的軟件結(jié)面向過程和面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)方硬件特定的軟件結(jié)構(gòu)和開放的軟件結(jié)構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)思想分別面向過程(或面向過程的軟件設(shè)計(jì)方{……；{{……；圖3- PSK通信系統(tǒng)的工作流下面舉一個(gè)通信系統(tǒng)的例子。PSK3-3FSK“PSK“PSK另外，如果初始設(shè)計(jì)的調(diào)制功能僅限于“PSK制功能進(jìn)行擴(kuò)充，增加“FSK“PSK面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)方對象其實(shí)非常簡單，因?yàn)樵谏习聪翽lay鍵時(shí)，DVD可能在電視上一部；但是如果在機(jī)中放的是CD，那么它將通過音箱出音樂。雖然按鈕相同，操作相同，但是結(jié)果對于上面PSK調(diào)制的例子，我們首先對類進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)有信源/信宿、調(diào)基礎(chǔ)上形成對象，如圖3-4所示。這里采用了統(tǒng)模語言(UML)的類圖表示。UML圖3- 類的舉如果初始設(shè)計(jì)的調(diào)制功能僅限于“PSK的調(diào)制方式為FSK調(diào)制那么僅需要增加或改變調(diào)制解調(diào)器對象的屬性和行為就重用和技術(shù)。下面具體說明面向?qū)ο笤谲浖o線電中的應(yīng)用特點(diǎn)。3-5圖3- 一個(gè)簡單調(diào)制解調(diào)器的部分對象模PSKFSK實(shí)現(xiàn)位，可分別采用傳號和空號濾波器解調(diào)FSK信號。位對象在時(shí)多態(tài)性和重載。重載允許給定算法在不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上操作。調(diào)制器對QoSSNRBPSK16QAM計(jì)中是非常有用的。面向?qū)ο蟮恼Z言在20世紀(jì)60年代出現(xiàn)，即Simula語言，20世紀(jì)80年代早期出現(xiàn)了SmalltalkFlavors語言現(xiàn)在面向?qū)ο蟮恼Z言C++、Python、Ruby、Java軟件通信結(jié)構(gòu)SCA的定GPP、DSP、FPGAADC/DAC2090JCIT，、增長，為了使系統(tǒng)能夠支持多任務(wù)，同時(shí)降低長期工作和維持的成本建立使用的費(fèi)用。為了達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，一個(gè)重要的步驟就是規(guī)范軟件無所說的軟件通信結(jié)構(gòu)，簡寫為SCA，由聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)聯(lián)合工程，、發(fā)布，雖然此前各個(gè)廠商早已有各自的架構(gòu)和體系，但SCA是第一個(gè)軟件無線電獻(xiàn)，而且也將SCA應(yīng)用于新的無線系統(tǒng)的開發(fā)。JTRSJPO構(gòu)建SCA的目標(biāo)SCA的，具備新技術(shù)快速引入的能力。例如，在SCA中的應(yīng)用部分描述了可提供特定功能的軟件單元，而這可能有幾個(gè)不同的實(shí)現(xiàn)方案，比如一個(gè)在DSP上實(shí)現(xiàn)，一GPPDSPGPP可與嵌入式可編程的模塊INFOSEC相結(jié)合10SCA是什么呢？SCA定義了用于管理、控制、配置軟件無線電的軟件體系結(jié)SCA結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)在于可重用模塊的設(shè)計(jì)和開發(fā)以及推動軟件和標(biāo)準(zhǔn)SCA標(biāo)是確保軟件和硬件的可移植性和可配置性。SCA基于面向?qū)ο蠛虲ORBA技術(shù)，使用統(tǒng)模語言(UML，UnifiedModelingLanguage)對接口進(jìn)行圖示，使用接口定義語言(IDL，InterfaceDefinitionLanguage)對接口進(jìn)行定義。SCA形API。SCA結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)或?qū)崿F(xiàn)。SCA。SCA首先由JTRSJPO發(fā)布，后來被軟件無線電(SDRForum)作為SDR標(biāo)準(zhǔn)，其對軟件模塊之間的應(yīng)用程序接口(API)Vxworks操作系統(tǒng)希望SCA通過對象管理組織OMG而成為標(biāo)準(zhǔn)并且已經(jīng)20019，F(xiàn)CC電的報(bào)告和規(guī)則，其內(nèi)容要點(diǎn)如下：。第可以在原硬件制造商確認(rèn)的情況下制造和銷售終端軟件能成在能成在圖3- SCA的版本演20002，SCASCA1.02000年7過補(bǔ)充后形成SCA1.12000年12過較大變動后形成SCA2.020015，SCA2.0SCA2.1200111SCA2.0SCA2.220026(GMR)SCA2.2。JTRS(Cluster1)。20044，SCA2.2.1SCA2.220045OMG發(fā)布了軟件無線電規(guī)范，這個(gè)規(guī)范是由一些SCA的開發(fā)商發(fā)起的，目的是將SCA發(fā)展為標(biāo)準(zhǔn)，而不僅僅是標(biāo)準(zhǔn)。2004JTRSGPPDSPFPGAJPOFPGA8，SCA3.020068，SCA2.2.2SCA2.2.1SCASCA基應(yīng)用程序接口(API)其中，SCA基還可進(jìn)一步分為硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)SCAAPIIDLAPI支持這些需求的API，采用公共標(biāo)準(zhǔn)評估等級作為安全需求定義的基礎(chǔ)(CommonCriteriaEvaluationAssuranceLevels)子系統(tǒng)、INFOSEC下面將分別對SCA基中的硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明SCA的硬件結(jié)SCA3-7總的硬件父類是pliantHardware類，它定義了可性、可用性、ChassisHWModule(s)。圖3- SCA的硬件結(jié)Chassis子類包含模塊插槽、構(gòu)成要素、背板類型、平臺環(huán)境、功率、冷卻調(diào)制解調(diào)器GPS處理器參考標(biāo)準(zhǔn)I/O等HWModule(s)類從 Hardware類繼承系統(tǒng)級屬性，HWModule(s)以下的類從HWModule(s)中繼承類屬性。不同的屬性值滿足不同的要求，可以在實(shí)現(xiàn)過程中進(jìn)行選擇。硬件設(shè)備值。一些屬性由設(shè)備描述體(DeviceProfile)給出，用于產(chǎn)生波形應(yīng)用?？?-9圖3- SCA中射頻類的擴(kuò)圖3- SCA中調(diào)制解調(diào)器類的擴(kuò)SCA的軟件結(jié)SCA操作環(huán)境(OE)。操作環(huán)境包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)ROTS、實(shí)時(shí)對象請求CF(2)框架(CF)CORBA接口日志接口(LogInterface)事件服務(wù)(EventService)命名服務(wù)(NamingService)域描述體(Profile)。SCA3-10中間件層、框架層。上層應(yīng)用為應(yīng)用層。SCACORBA可重用性和可擴(kuò)展性；CORBA還提供了一定的透明性及不依賴于編程語言的特CORBA圖3- SCA軟件結(jié)盡可能利用商品標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品，比如，采用硬件總線結(jié)構(gòu)(VME、cPCI等)。軟件架構(gòu)操作系統(tǒng)采用具有嵌入實(shí)時(shí)能力的操作系統(tǒng)，且支持可移植(POSIX)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對操作系統(tǒng)特定的方法提供了一個(gè)抽象層，從而將移植波形軟件的成本降到最低。圖3-10中的深色部分表明產(chǎn)品?？偩€SCA3-113-11SCASCA可以根據(jù)實(shí)際需要(比如數(shù)據(jù)帶寬等)使用現(xiàn)有的總線產(chǎn)品(例如紅色的非總線(對于沒有需求的應(yīng)用，不需要進(jìn)行兩種總線的劃分)。板級支持包通常由設(shè)備提供方提供，并且需要避免型特性，其作用如下：(6)統(tǒng)一器網(wǎng)絡(luò)和串行接口SCA3-12圖3- SCA的網(wǎng)絡(luò)和串行接口SCA使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持多個(gè)獨(dú)立的串行接口和網(wǎng)絡(luò)接口例如RS-232、RS-422等。為了提供與總線層可靠的傳輸，使用了不同的底層協(xié)議棧。TCP/IP1394PPP、SLIPCORBA操作系統(tǒng)SCA3-13RTOS)。圖3- SCA的操作系統(tǒng)目前市場上比較著名的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有VWorks、Unx、Linux、PSOS、NucleusQNXVRTXWindowsCEPalmOSLynxOSWRS(WindSystems)VxWorks作系統(tǒng),在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)市場上處于領(lǐng)先地位。該操作系統(tǒng)支持廣泛的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)非常適合于軟件無線電應(yīng)用并得到了軟件無線電的推薦它以其良及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中如通信彈道制導(dǎo)飛機(jī)導(dǎo)航等另外,Linux等系統(tǒng)也很適于軟件無線電的應(yīng)用國內(nèi)一些廠商也開發(fā)了具有自主知識DeltOS“用方面的能力。另外，SCA的操作系統(tǒng)還支持可移植操作系統(tǒng)接口(POSIX)標(biāo)準(zhǔn)，若在SCAPOSIXPOSIX編譯執(zhí)行。系統(tǒng)軟件具有很好的可移植性。POSIXIEEEUnix系統(tǒng)上運(yùn)行軟件而定義的API(一組用于應(yīng)用程序呼叫某個(gè)功能或服務(wù)的函數(shù))的一系列互相關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)的總稱，POSIXUnix性?，F(xiàn)在許多其他操作系統(tǒng)(如WindowsNT)同樣支持POSIX標(biāo)準(zhǔn)，IEEE1003，ISO/IEC9945CORBA中間件SCACORBA3-14圖3- SCA的CORBA中間件中間件是一種用來將應(yīng)用和操作環(huán)境細(xì)節(jié)(如硬件)相的軟件一般位集成復(fù)雜的應(yīng)用軟件這樣應(yīng)用程序的開發(fā)和與底層的硬件和系統(tǒng)軟件相(DSPFPGA在各種不同的系統(tǒng)軟件而且這些硬件可能通過網(wǎng)絡(luò)連接形成分布式構(gòu)環(huán)境這使軟件無線電應(yīng)用程序的開發(fā)新的需求這就是中間件的必要所在。OS中間件的種類很多，在JTRS中采用的是對象請求中間件(ORB)，即公共這是由對象管理組織(OMG，ObjectMangementGroup)指定的一種標(biāo)準(zhǔn)的面向?qū)?991年OMG提出CORBA1.1，同時(shí)還提出了接口定義語言IDL，能夠讓客戶/服務(wù)器對象在特定的ORB中進(jìn)行通信。1994年提出并被采納的CORBA2.0標(biāo)準(zhǔn)CORBAOMGCORBACORBA可以說，CORBA是一種描述接口的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)系統(tǒng)向分布式結(jié)構(gòu)和用戶/IDL)IDLIDL“編在具體工作時(shí)，CORBA采用接口定義語言(IDL)定義系統(tǒng)中對象的接口，IDL通過編譯會生成針對客戶的stub代碼和針對對象實(shí)現(xiàn)的skeleton代碼，stub和skeleton的作用是作為客戶和對象之間的。當(dāng)客戶請求對一個(gè)對象進(jìn)行操作時(shí)，將工作交給ORB，由ORB決定哪個(gè)對象完成這個(gè)請求，激活該對象并將完成請求所需參數(shù)傳送給該對象，其過程如圖3-15所示。用戶(比如控制器)向兩個(gè)對象(Rake和發(fā)射機(jī))請求了不同的操作(如增加用戶和設(shè)置導(dǎo)頻)，Rake可以通過運(yùn)行在GPP上的一個(gè)軟件單元實(shí)現(xiàn)，而發(fā)射機(jī)可以通過運(yùn)行在DSP上的另外一個(gè)軟件單元實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中每個(gè)對象(比如Rake 的接口，這個(gè)接口由接口定義語言定義，當(dāng)客戶調(diào)用一個(gè)對象上的操作(請求)IDL圖3- 通過ORB實(shí)現(xiàn)通5.框架SCA的框架層如圖3-16所示圖3- SCA 框架43IDL框架服務(wù)接口：為軟件應(yīng)用單元提供分布式文 服務(wù)和事件日志域描述體文件：是一組可擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML6用OE，SCACORBA處理和嵌入式應(yīng)用。應(yīng)用層應(yīng)使用CF服務(wù)的接口，不能直接操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)功能可以在應(yīng)用層以下實(shí)現(xiàn)，像的IP網(wǎng)絡(luò)層就可以直接操作系統(tǒng)。對于非CORBA類型的應(yīng)用，必須使用適配器(adapter)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。適配器也是一實(shí)際的硬件為軟件，便于在應(yīng)用中使用。圖3- SCA的操作應(yīng)用圖3- SCA的操作應(yīng)用層(非CORBA應(yīng)用軟件以及軟件可重配軟件的定今天軟件無線電地看做是一種可以通過軟件實(shí)現(xiàn)可重配置通信終乃至那些已經(jīng)被消費(fèi)者的產(chǎn)品均可以實(shí)現(xiàn)可重配置即軟件無線電研究關(guān)注過軟件進(jìn)行重配置是實(shí)現(xiàn)一機(jī)無縫介入多種無線通信系統(tǒng)的這在通信中也具有相當(dāng)?shù)膱D3-19和圖3-20分別顯示了軟件無線電終端和通過軟件在技術(shù)升級或修補(bǔ)方面所呈現(xiàn)的巨大優(yōu)勢。圖3- 軟件實(shí)現(xiàn)不同空中接口標(biāo)準(zhǔn)之間的通信以及軟件缺陷修圖3- 軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升軟 是指為軟件無線電設(shè)備提供重配置數(shù)據(jù)或者新的可執(zhí)行代碼以變其操作或性能的過程軟件和重配置技術(shù)是軟件無線電與數(shù)字無線電的主軟件可以獲得以下優(yōu)勢軟件的方法有多種，例如可以通過直接連接，采用智能卡(SIM)下載或通過空中接口(OTA)。雖然通過空中接口具有非常大的優(yōu)勢，不僅可以使過程變得非常簡便，而且成本大為降低，對無線設(shè)備生產(chǎn)商、運(yùn)營戶等多方均非常有利。其實(shí)，我們只需想象一下如果不采用網(wǎng)絡(luò)升級，那么計(jì)算機(jī)庫會有多么麻煩從圖3-19和3-20中可看出通過空中接口所顯軟件的內(nèi)中間件、驅(qū)動程序等)。軟件的內(nèi)容所涵蓋的范圍很寬，從最簡單的用戶應(yīng)件實(shí)現(xiàn)功能改變可以分為五個(gè)層次，如圖3-21所示。圖3- 通過軟件實(shí)現(xiàn)功能改變的層第二層次是協(xié)議的修補(bǔ)在該層次可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有通信協(xié)議出現(xiàn)錯(cuò)誤的中接口標(biāo)準(zhǔn)不是終端內(nèi)已經(jīng)設(shè)置好的，而是通過某種方式得到的。軟件的過、、件的大體上可以分為前期間后三個(gè)階段，每個(gè)階段還可以3-22、、味著軟件可以采用相同的方式到不同的設(shè)備上。圖3-23給出了軟件標(biāo)圖3- 軟 的過圖3-23軟件標(biāo)準(zhǔn)化的示意軟件需考慮的問軟件和重配置對軟件無線電系統(tǒng)的影響是全面的軟件無線電系統(tǒng)的多3-24圖3- 軟件無線電的多層視軟件貫穿軟件無線電系統(tǒng)的各個(gè)層次，需要考慮如下問題的程根據(jù)的內(nèi)容覆蓋原系統(tǒng)的程度我們可以將分為部分和完全下載兩類。完 就是完全替換原系統(tǒng)代碼,這需要較大的系統(tǒng)資源，如帶寬，部分只是替換原系統(tǒng)的部分代碼量相對較少，但各層之間的接口通常，系統(tǒng)單元之間的通的內(nèi)安對異常情況的預(yù)版本管軟件的標(biāo)軟件的安全保的軟件代碼不能被以及激活 (1)：確認(rèn)用戶可以數(shù)據(jù)或使用網(wǎng)絡(luò)軟件無線電可用的編程語匯編語高級軟件語CC++。C語DennisRitchie在1972年改進(jìn)了B語言，在一臺DECPDP-11計(jì)算機(jī)上開發(fā)出了最早的C語言版本，其主要目的是開發(fā)Unix操作系統(tǒng)。C語言優(yōu)秀的設(shè)計(jì)和合理的結(jié)構(gòu)使得移植C代碼變得異常容易。Kernighan和Ritchie于1978很快C語言得到了推廣，在各種機(jī)型上都有了C的不同版本。但這也造成了很大的問題，不同版本的C編譯器往往并不兼容，于是標(biāo)準(zhǔn)C出現(xiàn)了。 國制定了一個(gè)C語言標(biāo)準(zhǔn)(ANSIC)，Kernighan和Ritchie在《TheCProgrammingLanuageCCCDSPDSPDSPCTIC(CCS，CodeComposerStudio)，CC++語C++CBjarneStroustrup1983Unix與面向過程的C語言的主要差異是數(shù)據(jù)和函數(shù)(對數(shù)據(jù)進(jìn)行的操作)可以合并形Ada語Ada是一種表現(xiàn)能力很強(qiáng)的通用程序設(shè)計(jì)語言它是國防部為克服軟開發(fā)，耗費(fèi)巨資，歷時(shí)近20年研制成功的，被譽(yù)為“第四代計(jì)算機(jī)語言Aa的清晰性可靠性有效性和可性Ada是現(xiàn)有語言中無與倫比的一種大的成果它是迄今為止最復(fù)雜最完備的軟件工具Ada語言是國防部指的唯一一種可用于系統(tǒng)開發(fā)的語言。硬件描述語硬件描述語言(HDL，HardwareDescriptionLanguage)是一種用形式化方ASICFPGA“and”“C=AandB”2VHDLVerilogHDL。硬件描述語言具有如下特點(diǎn)：ASICVHDL語，VHDL語言于1980年開始在國防部的指導(dǎo)下開發(fā)，當(dāng)初開發(fā)這種語言是出于國防部采購電子設(shè)備的需要希望供應(yīng)商能夠把生產(chǎn)的器件的行為1981HDLVHDL(VHSICHardwareDescriptionLanguage速集成電路硬件描述語言)1986年3月，IEEE開始致力于VHDLIEEE-1076198712IEEEStd1076-1987，VerilogHDLVerilogHDL是在最廣泛的C語言的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種描述語言，它最初是于1983年由GatewayDesignAutomation公司為其模擬器產(chǎn)品開發(fā)的硬件建模語言，那時(shí)它只是一種語言。VerilogHDL語言于1990年被推向公眾領(lǐng)域。1992年，OVI(開放Verilog國標(biāo))決定致力于推廣VeriloI標(biāo)準(zhǔn)，使其成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)這一努力最后獲得了成功Verilog語言于1995年成為IEEEIEEEStd1364-1995。VerilogHDL的最大特點(diǎn)就是易學(xué)易用，比VHDL簡潔得多。如果有C語言的學(xué)習(xí)要一些。4章采樣技術(shù)與量化軟件無線電的實(shí)現(xiàn)是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的，因此數(shù)字轉(zhuǎn)換是非常重要的環(huán)ADC/DACADC/DACA/DA/D隨后完成量化。無線電的工作頻帶很寬，對ADC/DAC器件性能要求高；其次，軟件無線電有特殊本依據(jù)。采樣定理是1928年由電信工程師H.奈奎斯先提出來的，因此稱為奈奎斯特采樣定理。1933年，工程師科捷利尼科夫首次用公式嚴(yán)格地表述了這一定理，因此在文獻(xiàn)中稱為科捷利尼科夫采樣定理。1948年，信息論的創(chuàng)始人C.E.香農(nóng)對這一定理加以明確說明并正式作為定理，因此在本章中就軟件無線電中所可能涉及到的均勻采樣技術(shù)予以詳細(xì)介低通采 ssSampling)是最基本的采樣形式，也稱Nyquist采樣。x(t)x(t)可以被所得到的采樣值完全確定。所謂帶限信號，是指對于連續(xù)信號x(t)，如果|f|>fH，則其傅立葉變換X(f)=0，4-1圖4- 帶限信號示意對于給定的最高信號頻率fH系統(tǒng)所需要的最低采樣速率2fH稱為Nyquist速率。T=1/2fH稱為Nyquist間隔，它是抽樣所可能取得的最大間隔。當(dāng)給定系統(tǒng)采樣速率fs時(shí)，所可能輸入的最高信號頻率為fs/2，稱為Nyquist頻率。下已知一個(gè)頻帶限制在(0fH)x(t)周期性沖激函數(shù)δT(t)T=1/fs序列，即

(4-xnx(t)x(t)的抽樣，即xs(t)x(t)T(t)

xn(tnT

(4-x(t)、δT(t)、xs(t)X(f)、fsf、Xs(f)X(f)

X(f)fsf

(f)T

X(

nfs

(4-

(f) (fnfs),

1T式(4-3)已抽樣信號xs(t)的頻譜Xs(f)是無窮多個(gè)間隔為fs的原信號x(t)Xs(f)X(f)的周期性重復(fù)且不，因而在xs(t)x(t)的全部信息。圖4- 采樣頻(Alising) 圖4-3所示為采樣的混疊現(xiàn)象4-3要采用一個(gè)帶寬不小于fH(fs/2)的理想低通濾波器作為重構(gòu)濾波器(ReconstructionFilter)就可以恢復(fù)原始信號。理想低通濾波器的特性為H(f)

f2f

f2

(4-(4-x(t)h(t)xs(t)

xnSa(πfs(tnT

(4-ADCfs/21.6GHz，2MHz，則所需3.2GHzADC這是難以，也是不經(jīng)濟(jì)的。的最高頻率不高的場合(如工作在短波段的情況下)或者采用傳統(tǒng)的多變換體制(外差式)將射頻頻率變換為固定的中頻頻率然后再進(jìn)行ADCADC在現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)軟件無線電的設(shè)計(jì)目標(biāo)，應(yīng)該采用的是帶通采樣。帶通采樣或欠采帶通采樣定為了解決低通采樣所造成的采樣速率過高的問題需要實(shí)現(xiàn)采用低于2倍最高頻率的采樣，這種采樣一般稱為帶通采樣(BandpassSampling)欠采樣(UnderSampling)，其理論基礎(chǔ)是帶通采樣定理。上邊界頻率，fLB=fH-fL，4-4圖4- 帶通信號示意為了描述帶通信號的位置，可以采用頻帶位置(BandPosition)的概念，它c(diǎn)

fL

fHB

B

(4-［a］ (4-c=04-5(b) 2c1

(fH

fL)cB

(4-圖4- 頻帶位置示意(a)(b)2fHn

fs

2fLn1

(4-式中，n

1nfHc1B

(4-4-64-64-6(a)所示。圖4- 帶通采樣的結(jié)(a)(b)當(dāng)信號重構(gòu)時(shí)沒有信息損失。fs/2稱為Nyquist頻率，從直流到fs/2的頻率范4-71Nyquistfs/2fs/21n-1)fs，nfs)不同Nyquist區(qū)上的信號都用位于(0，fs/2)上第1NyquistNyquist率不再依賴于射頻載波頻率，而是信號帶寬。對于上面提到的最高頻率為1.6GHz，2MHz4MHz就大大降低了。圖4- 帶通信號的帶通采樣頻譜(包括Nyquist區(qū)輸入模擬信號頻率fc經(jīng)過采樣速率fs的帶通采樣后所得到的進(jìn)入第1Nyquist

rem(fc,fs

當(dāng)2fc/fs1為奇數(shù)

rem(f,f

當(dāng)2f/f1為偶數(shù)

(4-［2fc/fs］+1Nyquistrem(a，b)a/b的余78MSPS，Nyquist39MHz1區(qū)為(0，39)MHz，40MHz，2Nyquist MHz MHz等點(diǎn)都將采樣輸出10 始輸入信號的頻率因?yàn)橐呀?jīng)了Nyquist準(zhǔn)則所以帶通采樣是有意的混疊1NyquistfA，有 A A f f

2

另外，由式(4-12)知，當(dāng)整個(gè)帶通信號位于偶數(shù)Nyquist區(qū)時(shí)，經(jīng)過采樣后Nyquist4-84-8混疊三角形可以這樣構(gòu)成，在頻譜上從0開始畫一組等腰三角形，其底邊長為Nyquist1NyquistNyquist1Nyquist圖4- 混疊三角還有一種直觀的方法就是折扇法。想象用一疊半透明紙，如圖4-10所示，將紙的疊痕按垂直方向固定，沿底邊從左到右繪制頻率軸，然后在A/D采樣速率fs的倍數(shù)(即fs/2的偶數(shù)倍)處向內(nèi)折，在fs/2的奇數(shù)倍數(shù)處向外折。這樣，Nyquist4-10RFA/D4-10fs/2fs/2FFT，然后將結(jié)果進(jìn)行逆序排列。信號相應(yīng)變化。但是高Q濾波器(模擬的或是級聯(lián)的)是不易實(shí)現(xiàn)的。為了解決這樣，這樣防混疊濾波器的設(shè)計(jì)就變得相對容易，這就是所謂的外差式。帶通采樣速率的選最小采樣速f2fH

(4-4-114-11可見，當(dāng)帶通信號處于整數(shù)頻帶位置時(shí)，可以取到理論上的最小2Bn2B，因允許的采樣速2fHn

fs

2n

(4-根據(jù)式(4-15)4-114-12圖4- 允許采樣速率和不允許采樣速率與頻帶位置關(guān)系4-12nn fHc1 B

Nyquist低通采樣定理。速率為2B，此時(shí)信號所處的Nyquist區(qū)的階數(shù)就為nmax。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于當(dāng)然在某些特殊的場合帶通采樣定理可以例如對于平衡雙邊B樣速率出現(xiàn)一點(diǎn)變化，則會引起不正確的折疊，使信息受到損失。不在最小采樣速率2B進(jìn)行采樣意味著給原信號增加了一個(gè)保護(hù)帶寬。實(shí)際BGTBGT=fs- (4-4-13為 (4-圖4- 有保護(hù)頻帶的n′階鍥形區(qū)以及采樣頻率的容許范

fL,

fL

fH

(4-式中：BGL、BGH (4-n

B T

(4-n′

2fLn1

2

(4- (4-

n1

(4-

ΔfsL

nf12fH

2 2

n

(4-

n1

Δfs

4-1】25kHz(10.7025MHz，10.7275MHz)，設(shè)定對稱的保護(hù)頻帶為2.5kHz，這樣該信號的區(qū)間就為(10.7MHz，10.73nfH10730B T3572fLn1

21070060.112360kHz3571

2fL

2

0.315n

fH10727.5B 2fLn

42912fH

210727.550.01166kHz0.02Hz429-357=72率。最小采樣速率的相對精度隨帶通信號頻率的增加而增加即隨著n的增加而增加。從上面的例子可以初步看到這一點(diǎn)，如果采樣速率工作點(diǎn)在n階鍥形區(qū)域(4-(4-n=429，則采樣速率的相對精度為圖4- 相對精度與最小允許采樣速率之間的關(guān)采樣的噪式，因此對性能的影響也非常大。這里主要考慮量化噪聲(zationNoise)量化及其噪模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)換的理想轉(zhuǎn)換函數(shù)具有均勻的階梯特性，如圖4-15所示。該圖4- A/D的理想轉(zhuǎn)換函量化間隔的寬度定義為1LSB(最低有效位)，這是轉(zhuǎn)換精度的度量。若輸出一階和最后一階只有正常量化間隔的一半，因此滿刻度范圍(FSR，F(xiàn)ullScaleRange)2N-1Nbitq(1LSB)

2N

(4-N=14bit，則其量化間隔為A，(4-這里假設(shè)量化誤差e是在(-q/2，q/2)之間均勻分布的0均值 量，(4-(4-(4-16dB14bit，86dB10bit，62dB聲。(4-帶外噪聲的混疊效在應(yīng)用帶通采樣的時(shí)候，帶通信號會反折進(jìn)入低通(第1Nyquist區(qū))，即從直流開始到輸入ADC的信號頻率之間的能量會折疊進(jìn)入第1Nyquist區(qū)，這樣將4-16圖4- 噪聲混疊示意S(4-其中，nNyquistNp>>N0，可以不考慮信噪比下降Np=N0n>>1，那么信噪比的下降因子可以表示為DSNR=10 (4-n4-2】4-1，B=30kHz，n=357，DSNR=10lgn=25.5可以看到，信噪比的是相當(dāng)大的。在實(shí)際應(yīng)用中，即使僅存在熱噪聲，帶通采樣所可能造成的信噪比也必須充分考慮到因此防混疊濾波器是非常多頻段信號的帶通采圖4-17中給出了兩個(gè)分布于不同頻段的信號。對其分布的頻帶進(jìn)行帶通采4-17其采樣速率和所要求的后處理速率仍然是相當(dāng)大的。例如，兩個(gè)帶寬為20MHz1.2GHz1.6GHz，速率至少為800MHz，這顯然是十分浪費(fèi)的，因?yàn)閮蓚€(gè)信號的信息帶寬不過是40多個(gè)頻段的信號進(jìn)行帶通采樣，它們都會混疊進(jìn)入第1Nyquist區(qū)，只要采樣速率能夠保證他們互不就可以實(shí)現(xiàn)信號的分離，如圖4-18所示。圖4- 多頻帶信號帶通采1Nyquis1NyquisfA保證多頻段信號帶通采樣后頻譜相互之間不發(fā)生混疊。對于兩頻段信號，有N式中：i,j=1,2,…,Ni≠j

(4-4-19所示的方法進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。下面通過一個(gè)實(shí)例來具體說明?！纠?-3】 擬設(shè)計(jì)一軟件無線電導(dǎo)航，可以同時(shí)接收GPS信號和俄羅斯GOLNASS信號。已知GPS： 中心頻率fc_GPS=1575.42MHz，3dB帶寬3.2MHz；GOLNASS： 對其采樣策略進(jìn)行。1.6GHz3.2GHz若按照傳統(tǒng)帶通采樣，則由于兩個(gè)信號的覆蓋范圍大約為(1573.821609.41)，35.59MHz，71MHz10.7MHz，21.4MHz24GPS24MHzGPSGPS24MHzn=131，則采樣速率范圍為1Nyquist區(qū)的頻率如圖4-19深域所示。其中，混疊區(qū)域是指采樣速率選GLONASS24MHzGLONASSGLONASS24MHzn=133，則采樣速率范圍為入第1Nyquist區(qū)的頻率如圖4-19中淺域所示。其中，混疊區(qū)域是指采樣速那么只有圖中網(wǎng)點(diǎn)狀的區(qū)域符合條件，其范圍是(24.2015，24.212624.205MHzGPS，1Nyquist由于［2fc_GPS/fs］+1=［2×1575.42/24.205］+1=131為奇數(shù)，因此有：fIF_c_GPS=rem(fc_GPS,GPS1NyquistGLONASS，1Nyquist由于［2fc_GLO/fs］+1=［2×1605.656/24.205］+1=133fIF_c_GLO=rem(fc_GLO,GLONASS信號經(jīng)過帶通采樣后進(jìn)入第1Nyquist區(qū)的頻率范圍是(8.13-7.5/2=4.376，8.13+7.5/2=11.876)，兩個(gè)恰好不，如圖4-19所示圖4- GPS-SPS和GLONASS在不同采樣速率下的中頻示意過采所謂過采樣(OverSampling)，是指信號的采樣速率大于兩倍的信號帶寬或βNyquist采樣速率的倍數(shù)， (4-這里，fs是采樣速率，fH濾波后的帶限信號(或近似帶限信號)Nyquist波器都會有過渡帶，然而過渡帶會增加輸出信號的帶寬，原來的采樣速率(，10%~20%的帶寬。為了使系統(tǒng)能夠在最低的采樣率上采樣以降低后處理的數(shù)據(jù)量須，4-20Nyquist4-20中圖4- Nyquist采樣和過采樣后信號頻譜對NyquistNyquist過采樣是一種非常經(jīng)濟(jì)的解決方案，類似的原理也用于數(shù)/模轉(zhuǎn)換中，DAC后的ADC，(4-36)4-21式為式(4-37)。4-21根據(jù)式(4-373dB。(4-實(shí)現(xiàn)，即每隔k個(gè)值取一個(gè)值。這兩個(gè)過程可以合在一起，即將樣點(diǎn)分成組，每k4-22這里，通過數(shù)字平均角度也可以看到輸入?yún)⒖荚肼暤臏p少。以一個(gè)16