短波电台射频数字化技术的研究与应用

摘要

随着电子技术的快速发展，特别是无线通信系统的飞速发展，使得新的系统层出不穷，标准多种多样、互通兼容性差，原有的以硬件为主的通信体制难以适应这种局面，为了解决无线通信领域存在的这些问题，软件无线电应运而生，其基本思想是构造一个通用的开放型、可编程的硬件平台，通过加载不同的软件来实现相应的功能，实现与现役或未来的多种电台的兼容，最大限度的满足互通互连的要求，同时可节省大量电台更新的开发时间和研发经费。因此，研制出新一代具有软件无线电功能的通信电台，对我军数字化建设、解决多兵种协同作战通信都有十分重要的意义。 本文正是在这样的背景下展开研究和讨论的。作者采用了SDR技术，创造性的设计了一种射频数字化技术方案，并完成了初样研制。主要研究内容包括：⑴对软件无线电的历史和发展现状进行了介绍，提出了一种先进的、可行的软件无线电系统—射频数字化。⑵对射频数字化中涉及的基本理论和基本数据模型进行了讨论，它是研究射频数字化的理论基础和依据。⑶对射频数字化的基本结构和关键技术进行了讨论，进行了射频前端处理，高速A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理器等电路的硬件设计。⑷进行了基于可编程逻辑器件FPGA的射频数字化软件设计，在通用平台上实现了上、下变频功能，并对相关技术指标进行了理论分析和软件仿真，为射频数字化电台的研制提供了坚实的理论依据。仿真结果在样机中得到了很好的印证，达到了设计要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 软件无线电的概念的由来

1．2 软件无线电的发展概况

1．3 软件无线电的基本结构

1．4 本文的主要工作及内容安排

第二章 射频数字化的基本理论

2．1 信号采样理论

2．1．1 基本采样理论-Nyquist采样定理

2．1．2 带通信号采样理论

2．2 软件无线电中的采样理论

2．2．1 窄带中频采样数字化

2．2．2 宽带中频采样数字化

2．2．3 射频直接带通采样原理

2．3 软件无线电中的高效数字滤波

2．3．1 半带滤波器

2．3．2 积分梳状滤波器(CIC滤波器)

2．4 软件无线电中的数字信号正交变换理论

2．5 本章小结

第三章 射频数字化技术的数学模型

3．1 软件无线电的组成结构

3．1．1 射频全宽开低通采样软件无线电结构

3．1．2 射频直接带通采样软件无线电结构

3．1．3 宽带中频带通采样软件无线电结构

3．2 软件无线电的数学模型

3．2．1 单通道软件无线电接收机数学模型

3．2．2 并行多通道软件无线电接收数学模型

3．3 数字的调制和解调

3．3．1 模拟信号的调制解调算法

3．3．2 软件无线电中调制信号的解调算法

3．4 本章小结

第四章 射频数字化模块的硬件设计及关键技术

4．1 射频数字化模块的基本结构

4．2 射频数字化的关键技术

4．2．1 射频前端处理

4．2．2 ADC，DAC数模转换器件

4．2．3 DSP，FPGA器件

4．3 射频数字化单元中的数字滤波器的设计

4．3．1 FIR数字滤波器的设计

4．3．2 CIC滤波器的应用

4．3．3 数字滤波器的设计

4．4 射频数字化各段增益分析

4．4．1 前端低噪声放大器增益

4．4．2 A／D增益

4．4．3 数字下变频DDC增益

4．4．4 本章小结

第五章 射频数字化模块性能仿真与分析

5．1 下、上变频的内部结构

5．2 下变频

5．2．1 下变频滤波器设计

5．2．2 仿真验证

5．3 上变频

第六章 结论与展望

致谢

参考文献