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标准实验报告七无线收发综合实验.pdf
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电 子 科 技 大 学
实 验 报 告
学生姓名: 学 号: 指导教师:
一、实验室名称:通信信号处理及传输实验室
二、实验项目名称:无线收发综合实验
三、实验原理:
1、软件无线电工作原理
软件无线电通常被定义为对数字化无线电信号使用软件技术来处理的无线
电,其基本含义是把以往采用以硬件为核心、以特殊应用为目的的无线电实现方
法过渡到在某一个计算平台上用软件来完成无线电任务的设计思想上来。
软件无线电关键技术包括:射频天线设计、模数(A/D)转换器设计、射频(RF)
前端设计、数据管理程序、资源分配等。
软件无线电技术的基本思想是将宽带的 A/D 转换器尽可能地靠近射频天线,
即尽可能早地将接收到的模拟信号转化为数字信号,在最大程度上通过 DSP /
FPGA 软件来实现通信系统的各种功能。其接收端的数字化是在天线后面的某一
级,通常是在宽带滤波、低噪声放大器和用来把射频信号下变频到低频的混频器
等级连部件的后端进行的,对于发射机的数字化过程则正好相反。无线电的各种
功能特性是由灵活、可重构的功能框图中的数字信号处理来实现的。随着技术的
进步,软件无线电的数字化将在 (或者非常接近)无线端进行,所需要的所有处
理都通过驻留在高速数字信号处理单元中的软件来实现。
理想的软件无线电台是对天线接收的模拟信号经过放大后直接采样,实现完
全的可编程性,其后所有的信号处理,包括下变频混频、带通滤波、载波提取、
1
IQ(同相与正交)解调、低通滤波、位同步提取、信道编码、信源编码、加密等,
全部由 A/D 转换器之后的 DSP 芯片处理。可见理想的软件无线电台可实现完全
的可编程性,因此可以实现通信中的各种调制方式,完全可以根据要求实现
FDMA(频分多址接入)、TDMA(时分多址接入)和 CDMA(码分多址接入)等各种多
址方式。
在软件无线电系统的设计中,射频往往会成为性能的瓶颈,必须对射频前端
有很清楚的认识,才能以相对低的造价实现相对容易的数字信号处理。
2、射频电路基础知识
目前,射频(RF)电路主要用于通信系统中,如:手机(Cell Phone),无线局域
网(Wireless LAN),无线广播系统(电视和收音机)等;但也有其它方面的应用:如
雷达探测系统用远距离探测试,微波炉利用微波功率来加热食物。
射频通信系统包括收发信机、天线设备、输入输出设备。射频发送设备的功
能是将所要发送的信息(又称基带信号)经调制将频谱搬移到射频上,经过高频
放大到额定功率后,馈送到天线发送到空间去。接收机的作用是将发送装置发送
的高频信号还原为消息或基带信号,最终完成通信全过程。无线通信中的射频单
元框图如图 1 所示。
发送中频
上变频 射频功 发端
发送射频
频率
发端射
收端射
接收射频
接收中频
下变频 射频信
射频前
收端
图 1 射频单元框图
射频通信系统中,接收机主要有以下重要性能指标:
噪声系数:定义为接收机输入信噪比和输出信噪比的比值,表达式为:
NF
输入端信噪功率比 Si / Ni
=
输出端信噪功率比 So / No
2
(7.1)
噪声系数表征接收机内部噪声的大小。对于一个多级级联系统的噪声系数为:
NF NF1
NF 2 1 NF3 1
+
G1 G1G2
(7.2)
其中
NFn
为第 n 级的噪声系数,Gn 为第 n 级的增益,n=l,2,3…。
灵敏度:接收机的灵敏度表征了接收机接收微弱信号的能力。灵敏度越高,
则其所接收的信号就越弱。定义为:
S 174dbm NF 10lg B K
sn
k
m
(7.3)
其中:S 为接收机灵敏度;
NF
为接收机噪声系数;B 为中频带宽;Ksn 为检测信
号所需的信噪比;Km 为调制特性函数,与信号的调制类型有关。
动态范围:动态范围表示接收机正常工作时,所允许的输入信号的强度变化
范围。所允许的最小输入信号强度通常取最小可检测信号 MDS,所允许的最大输
入信号强度则根据正常工作要求的 1dB 压缩来定。ldB 压缩点是指当输出功率
与线性时相比减小 ldB,或转换损耗增加 ldB 的点,其对应的输入功率称为输入
ldB 压缩点,用 PD 表示,实际的输出响应功率为输出 ldB 压缩点,用 P 1dB
表示。因此我们可以得到:
P1 dB =P D +G
-
1dB
最小可检测信号为:
MDS=-171dBm+10lgB+NF (7.5)
(7.4)
增益:增益表示接收机对回波信号的放大能力。增益并不是越大越好,它由
接收机的系统要求确定的。接收机的增益确定了接收机输出信号的幅度。
由于 RF 电路功率变化范围很大,传统的线性单位定义很不方便,故使用对
数单位。定义线路中功率为 1mW 时为 0dBm。对数功率和线性功率之间的转换
公式为:
A=10x(log10(B/1mW)=10x(log10B)+30 (7.6)
其中 A 为对数功率,B 为线性功率。线性功率为 1W 时, 对数功率为 30dBm;线
性功率为 1uW 时,对数功率为-30dBm。dBm 为绝对功率,dB 用来计算相对功率,
主要用来计算功率的改变量,如增益和损耗的单位。.
3、无线个域网与ZigBee
3
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春哥111
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