一种基于频带压缩的软件无线电系统

摘要

本发明提供了一种基于频带压缩的软件无线电系统，涉及软件无线电领域，本发明所述软件无线电系统在发送端中，调制信号经过A/D转换后进行频带压缩与调制，调制后信号通过D/A转换，将转换后的模拟信号通过射频前端完成上变频及功率放大后发射，接收端接收信号后进入射频前端完成信号放大及下变频，并进入A/D转换，转换后信号经过解调及频带恢复后输入到D/A转换，即得到发送端所发射的信号，本发明由于采用频带压缩的方法能有效降低软线无线电对射频前端器件的性能要求，并且解决了宽频带信号通过射频前端失真较大的问题。

权利要求

1.一种基于频带压缩的软件无线电系统，包括发送端和接收端，其特征在于：

所述发送端和接收端均包括射频前端部分、模拟数字转换部分和数字模拟转换部分及数字部分，在软件无线电系统的发送端中，调制信号经过模拟数字转换部分后将模拟信号转化为数字信号，数字信号进入数字部分进行调制，调制后信号通过数字模拟转换部分后，数字信号转换为模拟信号，将转换后的模拟信号通过射频前端完成上变频及功率放大后，信号通过天线发射；软件无线电系统中接收端的天线接收发送端发送的模拟信号，模拟信号进入射频前端完成信号放大及下变频，并进入模拟数字转换部分将信号转换后数字信号，数字信号经过数字部分解调后，再输入到数字模拟转换部分将数字信号变换为模拟信号，收到的模拟信号即发送端所发射的信号；

所述发送端的数字部分，在数字信号进入后信号f(t)经过频带压缩，即将f(t)中的变量t换为t/a，得到频带压缩后的信号f(t/a)，将频带压缩后的信号f(t/a)进行调制，输出到数字模拟转换部分；

所述接收端的数字部分，经过模拟数字转换部分转换后的信号首先进行解调，解调后信号为f(t/a)，将其变量t/a换为t，即得到频带恢复后的信号f(t)，f(t)进入数字模拟转换部分；

所述发送端的数字部分可去除滤波、数字上变频和信道滤波，模拟数字转换部分转换后的数字信号仅经过频带压缩和调制后直接输出到数字模拟转换部分，进行数字信号到模拟信号的转换；

所述接收端的数字部分可去除信道滤波、数字下变频和滤波，模拟数字转换部分转换后的数字信号仅经过解调和频带恢复后直接输出到数字模拟转换部分，进行数字信号到模拟信号的转换。

说明书

一种基于频带压缩的软件无线电系统

技术领域

[0001] 本发明涉及软件无线电领域，尤其是一种数字处理软件开发系统。

背景技术

[0002] 软件无线电技术是对传统无线电通信体系结构的一次重大革新，它通过软件方式摆脱了硬件结构的束缚，其硬件通用化、功能软件化和软件构件化的特点使得软件无线电具有很强的灵活性和通用性。目前，软件无线电已经从军事通信领域渗透到了包括民用移动通信、雷达、电子战、测控，甚至电视广播等无线电工程的各个领域，但是软件无线电系统的实现不仅依托于后端软件设计的发展，同时射频前端的硬件发展也是制约其总体性能的重要限制因素。

[0003] 为了适应不同信号的工作需要，软件无线电系统中信号传输的信道具有频带宽这一特点，但宽频带调制信号经过射频前端的放大器与混频器将会带来一系列失真，例如：调制信号经过具有非线性特性的混频器必然带来频率失真，产生三阶交调、五阶交调，落在调制信号频带内难以滤除；射频放大器无法实现通频带足够宽、通带波纹足够小且放大功率足够大等重要性能指标，这些问题所带来的通带内干扰将对调制信号产生很大影响，带来不可逆的失真，且难以恢复。

[0004] 宽频带调制信号经过射频前端带来的干扰如何抑制已经成为亟需解决的重要课题，常用的实现办法主要通过改进放大器、混频器等射频前端硬件性能，该方法对于价格昂贵的复杂系统尚可接受，但对于低成本航空(如小型无人机、通航飞机等)则较难实现，需要采用其他技术方法通过改进传统软件无线电构型来解决这一矛盾问题。

发明内容

[0005] 为了克服现有技术的不足，克服现有的软件无线电射频前端失真带来的干扰问题，本发明提出了一种基于频带压缩的软件无线电系统。

[0006] 本发明所述软件无线电系统包括发送端和接收端，发送端和接收端均包括射频前端部分、模拟数字(Analog to digital，A/D)转换部分和数字模拟(Digital to analogue，D/A)转换部分及数字部分，在软件无线电系统的发送端中，调制信号经过A/D转换部分后将模拟信号转化为数字信号，数字信号进入数字部分进行调制，调制后信号通过D/A转换部分后，数字信号转换为模拟信号，将转换后的模拟信号通过射频前端完成上变频及功率放大后，信号通过天线发射；软件无线电系统中接收端的天线接收发送端发送的模拟信号，模拟信号进入射频前端完成信号放大及下变频，并进入A/D转换部分将信号转换后数字信号，数字信号经过数字部分解调后，再输入到D/A转换部分将数字信号变换为模拟信号，收到的模拟信号即发送端所发射的信号；

[0007] 所述发送端的数字部分，在数字信号进入后首先进行滤波，滤波后信号f(t)经过频带压缩，即将f(t)中的变量t换为t/a，得到频带压缩后的信号f(t/a)，将频带压缩后的信号f(t/a)进行调制，并经过数字上变频和信道滤波后输出到D/A转换部分；

[0008] 所述接收端的数字部分，经过A/D转换部分转换后的信号首先进行信道滤波和数字下变频，数字下变频后的信号进行解调，解调后信号为f(t/a)，将其变量t/a换为t，即得到频带恢复后的信号f(t)，f(t)经过滤波后进入D/A转换部分。

[0009] 本发明所述发送端的数字部分可去除滤波、数字上变频和信道滤波，A/D转换部分转换后的数字信号仅经过频带压缩和调制后直接输出到D/A转换部分，进行数字信号到模拟信号的转换。

[0010] 本发明所述接收端的数字部分可去除信道滤波、数字下变频和滤波，A/D转换部分转换后的数字信号仅经过解调和频带恢复后直接输出到D/A转换部分，进行数字信号到模拟信号的转换。

[0011] 本发明的有益效果是由于采用频带压缩的方法能有效降低软线无线电对射频前端器件的性能要求，并且解决了宽频带信号通过射频前端失真较大的问题，获得的收益包括：一是减少了信号的频带带宽，在信道上传输时其只占原信号带宽的几分之一甚至十几分之一，对软件无线电应用中的信道综合提出了新思路；二是对于频带压缩后的已调信号在射频前端进行放大时，对于放大器的性能要求大大降低，频域失真现象得到了很大改善；三是算法模型在软件无线电数字部分可以实现模块化制作，应用灵活且成本低廉，符合软件无线电思想；四是具有通信信息保密作用，具有潜在的广泛用途。

附图说明

[0012] 图1是现有发射端各模块的连接关系示意图。

[0013] 图2是现有接收端各模块的连接关系示意图。

[0014] 图3是本发明中发射端和接收端各功能模块的连接关系示意图。

[0015] 图4是本发明的流程图。

[0016] 图5是方波信号的时频域波形图，其中，图5(a)是方波信号的时域波形，图5(b)是方波信号的频域波形。

[0017] 图6是方波信号经频带压缩后信号的时频域波形图，其中，图6(a)是频带压缩后的时域波形，图6(b)是频带压缩后的频域波形。

[0018] 图7是频带压缩后的信号经调幅及放大器后的时域波形图。

[0019] 图8是接收端解调及频带恢复后的时频域波形图，其中，图8(a)是解调及频带恢复后方波的时域波形，图8(b)是解调及频带恢复后方波的频域波形。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0021] 本发明所述软件无线电系统包含发送端和接收端，发送端和接收端均包括射频前端部分、模拟数字转换(Analog to digital,，A/D)部分和数字模拟转换(Digital to analogue，D/A)部分及数字部分，在软件无线电系统中发送端中，调制信号经过A/D转换部分后将模拟信号转化为数字信号，数字信号进入数字部分进行调制，调制后信号通过D/A转换部分后，数字信号转换为模拟信号，将转换后的模拟信号通过射频前端完成上变频及功率放大，信号通过天线发射；软件无线电系统中接收端的天线接收发送端发送的模拟信号，进入射频前端完成信号放大及下变频，并进入A/D转换部分将信号转换后数字信号，数字信号经过数字部分解调后，再输入到D/A转换部分将数字信号变换为模拟信号，收到的模拟信号即发送端所发射的信号。

[0022] 所述发送端的数字部分，在数字信号进入后首先进行滤波，滤波后信号f(t)经过频带压缩，即将f(t)中的变量t换为t/a，得到频带压缩后的信号f(t/a)，在频域中表现为F(ω)到F(aω)的变化，实现频带压缩，将频带压缩后的信号f(t/a)进行调制，并经过数字上变频和信道滤波后输出到D/A转换部分；

[0023] 所述接收端的数字部分，经过A/D转换部分转换后的信号首先进行信道滤波和数字下变频，数字下变频后的信号进行解调，解调后信号为f(t/a)，将其变量t/a换为t，即得到频带恢复后的信号f(t)，f(t)即频带压缩前的方波信号，也就是软件无线电系统本身所要发射的方波信号，在频域中表现为F(aω)到F(ω)的变化，实现了频带恢复，即接收端经过f(t/a)→f(t)的过程实现了信号的频带恢复，恢复了原始的方波信号，f(t)经过滤波后进入D/A转换部分。

[0024] 本发明所述发送端的数字部分去除滤波、数字上变频和信道滤波，A/D转换部分转换后的数字信号仅经过频带压缩和调制后直接输出到D/A转换部分，进行数字信号到模拟信号的转换。

[0025] 本发明所述接收端的数字部分中，去除信道滤波、数字下变频和滤波，A/D转换部分转换后的数字信号仅经过解调和频带恢复后直接输出到D/A转换部分，进行数字信号到模拟信号的转换。

[0026] 如图1和图2所示，为目前现有的发射端和接收端各模块的连接关系示意图，本发明中带有频带压缩功能的各功能模块流程图如图3所示，其中，数字部分发射端根据需求可以去除滤波、数字上变频及信道滤波，数字部分接收端根据需求可以去除信道滤波、数字下变频及滤波，图1、图2、和图3中虚线模块均可以去除。

[0027] 本发明实施流程如图4所示，图5为原始方波信号的时频域波形图，其中图5(a)为时域信号波形，图5(b)为频域信号波形，图5(a)看到原始方波信号周期为0.1ms，即频率为10kHz(1/0.1ms＝10kHz)，对图5的信号进行频带压缩后得到如图6所示的压缩后方波信号波形及频谱，其中，图6(a)是频带压缩后的时域波形，图6(b)是频带压缩后的频域波形，通过图6(a)看出频带压缩后方波信号周期为0.5ms，即频率变为2kHz(1/0.5ms＝2kHz)，压缩了5倍，通过图6(b)与图5(b)对比可以看到通过频带压缩后频带变窄，再将压缩后信号进行幅度调制，并通过放大器得到发射的信号波形如图7所示，天线接收到信号后，将其进行幅度解调及频带恢复即可得到方波信号的波形及频谱如图8所述，其中，图8(a)为解调及频带恢复后方波的时域波形，图8(b)是解调及频带恢复后方波的频域波形，图8(a)中方波信号周期为0.1ms，其频率为10kHz(1/0.1ms＝10kHz)，与图5(a)中原始方波信号相同，通过图8(b)与图5(b)进行对比可以看出，两个图在信号频率上没有差别，即通过频带恢复后又得到了原始方波信号。