软件无线电体系结构 应用于无线系统工程中的面向对象的方法PDF电子书下载

第1章 引言与概论 1

1.1 革命与演进 1

1.2 系统的说明 1

1.3 理想的软件无线电 2

1.4 软件无线电的功能结构 4

1.4.1 软件无线电功能模型 4

1.4.2 功能的接口 5

1.4.3 体系结构 7

1.4.4 抽象层 8

1.5 基本信号的处理流 9

1.5.1 实时信道处理流 10

1.5.2 环境管理流 10

1.5.3 在线自适应 10

1.5.4 离线软件支持(软件工厂) 11

1.6 实现的选择 12

1.6.1 定义无线电平台 14

1.6.2 演进无线电平台 16

1.7 软件无线电的获得 16

1.7.1 关键的获得参数 17

1.7.2 信道化 17

1.7.3 可编程数字接入 18

1.7.4 硬件模块化 18

1.7.5 软件灵活性与可负担性 19

1.7.6 体系结构的开放性 19

1.8 软件无线电更广泛的应用 20

1.8.1 类型验证 20

1.8.2 递增的下载稳定性与类型验证 21

1.8.3 频谱管理的含义 21

1.9 练习 23

第2章 体系结构的演变过程 24

2.1 技术生存发展统计学 24

2.1.1 功能、部件和设计规则 25

2.1.2 第二、第三代移动蜂窝无线电的全球重组 26

2.1.3 随着无线通信的发展软件复杂度不断增长 28

2.2 民用领域对体系结构的需求 31

2.2.1 BellSouth软件定义的无线电(SDR) 32

2.2.2 欧洲的情况 33

2.2.3 亚洲的情况 36

2.2.4 地区性差别 37

2.2.5 不同的分市场 38

2.3 军事领域对体系结构的需求 40

2.3.1 国防信息基础设施 40

2.3.2 战术军事需求 41

2.4 开放式的体系结构和标准化的发展 43

2.4.1 SDR(Software-Defined Radio)论坛 44

2.4.2 产品标准化组织 44

2.4.3 空中接口标准 45

2.4.4 全球范围内的磋商过程 46

2.5 体系结构发展过程的说明 49

2.6 练习 50

第3章 无线电频谱与射频环境 52

3.1 射频(RF)信号空间 52

3.1.1 无线电波段和模式的概述 53

3.1.2 动态范围-带宽积 54

3.2 HF波段的通信模式 55

3.2.1 传播 56

3.2.2 HF空中接口模式 56

3.2.3 HF业务与产品 57

3.3 低波段的噪声和干扰 58

3.4 LVHF波段的通信方式 59

3.4.1 LVHF传播 59

3.4.2 单信道单载波LVHF空中接口模式 60

3.4.3 LVHF扩展频谱空中接口 60

3.4.4 LVHF多信道空中接口 61

3.4.5 LVHF服务与产品 61

3.4.6 LVHF软件无线电 61

3.5 多径传播 62

3.6 VHF波段的通信方式 64

3.6.1 VHF传播 64

3.6.2 VHF空中接口 64

3.6.3 VHF服务与产品 65

3.6.4 VHF SDR 66

3.7 UHF波段的通信方式 66

3.7.1 UHF传播 66

3.7.2 UHF空中接口 67

3.7.3 UHF服务与产品 68

3.7.4 UHF SDR 68

3.8 SHF波段的通信方式 69

3.8.1 SHF传播 69

3.8.2 多普勒频移 70

3.8.3 SHF空中接口模式 70

3.8.4 SHF服务与产品 72

3.8.5 SHF软件定义无线电(SHF SDR) 72

3.9 大气效应 73

3.10 EHF波段的通信方式 75

3.10.1 EHF传播 75

3.10.2 EHF空中接口模式 75

3.10.3 EHF的服务及产品 75

3.10.4 EHF SDR 75

3.11 卫星通信的方式 76

3.11.1 卫星频段的传播 77

3.11.2 卫星空中接口模式 78

3.11.3 卫星服务与产品 79

3.11.4 卫星通信的软件定义无线电(Satcom SDR) 79

3.12 多波段、多模式小结 80

3.13 练习 80

第4章 系统级体系结构分析 82

4.1 减少灾害的案例研究 82

4.1.1 情况说明 82

4.1.2 需求分析 83

4.1.3 练习 84

4.2 无线电资源分析 85

4.2.1 无线电资源管理 85

4.2.2 频谱利用的模型 87

4.2.3 空间接入模型 92

4.2.4 服务等级(GoS) 95

4.2.5 服务质量(QoS) 99

4.2.6 综述 100

4.2.7 练习 100

4.3 网络体系结构分析 100

4.3.1 网络层次结构(体系) 101

4.3.2 商用网络 103

4.3.3 军用网络 108

4.3.4 模式参数分析 110

4.4 分析协议栈 111

4.4.1 SDR应用映像到协议栈 112

4.4.2 网络层 115

4.4.3 数据链路层 116

4.4.4 物理层分析 118

4.4.5 另一种协议栈：无线ATM 120

4.4.6 练习 122

4.5 系统级体系结构参数 122

4.5.1 练习 122

第5章 节点级体系结构的分析 123

5.1 体系结构的表示 123

5.1.1 功能设计的层次结构 125

5.1.2 面向对象的方法 128

5.1.3 参考平台的集成 129

5.1.4 用UML分析节点的体系结构 131

5.1.5 一种体系结构的拓扑模型 133

5.1.6 规范的软件无线电节点体系 137

5.1.7 数字信号处理流的参数 143

5.1.8 节点级体系结构能力的配置文件 148

5.2 练习 148

5.3 节点体系结构的工业标准 149

5.3.1 SDR论坛的体系结构框架 149

5.3.2 ITU-R IMT-2000设备的体系结构 154

5.3.3 练习 155

5.4 可编程数字电台(PDR)事例研究 155

5.4.1 一种基本的民用PDR 155

5.4.2 多模式常规无线电台 157

5.4.3 GEC的可编程数字电台 159

5.4.4 ITT的数字化电台 160

5.4.5 民用先驱：AirNet 161

5.5 先行的技术 162

5.5.1 COTS研究的技术动向 162

5.5.2 SPEAKeasy，军用技术的开拓者 163

5.5.3 联合通信互操作终端 168

5.6 练习 170

第6章 分段设计的权衡 172

6.1 概述 172

6.2 天线段的权衡 172

6.3 射频和中频处理的权衡 173

6.4 ADC的权衡 174

6.5 数字体系结构的权衡 175

6.6 软件体系结构的权衡 175

6.7 性能管理的权衡 176

6.8 端到端的权衡 176

6.9 练习 176

第7章 天线段的权衡 178

7.1 射频接入 178

7.2 参数控制 179

7.2.1 线性和相位噪声 179

7.2.2 辐射体的位置参数 180

7.3 组装、设置及运行的挑战 180

7.3.1 增益与组装 180

7.3.2 带宽与组装 181

7.3.3 天线的校正 181

7.3.4 天线的间距 183

7.3.5 人体的相互影响 183

7.4 天线分集 184

7.4.1 空间相干分析 185

7.4.2 空间分集的潜在好处 186

7.4.3 空间和频谱分集 187

7.4.4 分集结构的权衡 188

7.5 可编程天线 189

7.6 成本的权衡 191

7.7 总结与结论 191

7.8 练习 192

第8章 RF/IF变换段的权衡 194

8.1 RF变换的结构 194

8.2 接收机结构 195

8.2.1 超外差接收机 195

8.2.2 直接变换接收机 197

8.2.3 数字RF接收机 198

8.2.4 干扰抑制 199

8.3 RF部件技术 202

8.3.1 RF MEMS(射频微机电系统) 202

8.3.2 超导滤波器 204

8.3.3 双模放大器 204

8.3.4 电子可编程模拟部件 205

8.4 RF子系统性能 206

8.5 RF/IF变换问题 208

8.6 练习 209

第9章 ADC和DAC的权衡 210

9.1 综述ADC基础 210

9.1.1 动态范围(DNR)预算 210

9.1.2 抗混叠滤波器 211

9.1.3 削波失真 212

9.1.4 窗口抖动(Aperture Jitter) 212

9.1.5 量化及动态范围 213

9.1.6 技术的限制 213

9.2 ADC和DAC的权衡 214

9.2.1 ∑-△(△-∑)ADC 214

9.2.2 正交技术 215

9.2.3 带通取样(数字下变换) 216

9.2.4 DAC的权衡 217

9.3 SDR的应用 218

9.3.1 变换率、动态范围及应用 218

9.3.2 ADC产品的演化 218

9.3.3 低功率的无线应用 219

9.3.4 数字RF 220

9.4 ADC的设计规则 221

9.4.1 线性度 221

9.4.2 测量SNR 222

9.4.3 噪声基底的匹配 223

9.4.4 品质因数 223

9.4.5 技术的引入 224

9.4.6 结构的实现 224

9.5 练习 225

第10章 数字处理的权衡 226

10.1 度量基准 226

10.2 不同种类的多处理硬件 229

10.2.1 硬件的类 229

10.2.2 数字互连 230

10.3 专用集成电路(ASIC) 232

10.3.1 数字滤波ASIC 233

10.3.2 前向差错控制(FEC)ASIC 234

10.3.3 收发信机ASIC 236

10.3.4 体系结构的意义 237

10.4 现场可编程门阵列(FPGA) 239

10.4.1 FPGA介绍 239

10.4.2 可重新配置的硬件平台 240

10.4.3 FPGA-DSP结构的权衡 241

10.4.4 查表驱动的信号产生 242

10.4.5 发展中的FPGA功能的设计 242

10.4.6 体系结构的意义 243

10.5 DSP的结构 244

10.5.1 用于无线的DSP核 244

10.5.2 基本的DSP：TMS320C30 245

10.5.3 不断发展的互连能力：C40和SHARC 246

10.5.4 体积和功耗之间的权衡：c54x和Motorola芯片 247

10.5.5 进一步提高平行性：c80和c60xx 247

10.5.6 当前芯片的总结和比较 247

10.5.7 潜在的技术局限 249

10.6 信息安全处理器的结构 249

10.6.1 加密芯片-密钥由第三者保管的方法 249

10.6.2 可编程的信息安全模块 250

10.7 主处理器 250

10.8 体系结构的意义 250

10.9 练习 252

第11章 软件体系结构的权衡 253

11.1 软件的设计过程 253

11.2 自上而下，面向对象的设计 254

11.2.1 面向对象的SDR设计 254

11.2.2 定义软件对象 257

11.2.3 体系结构的意义 261

11.3 软件体系结构的分析 262

11.3.1 SDR的软件体系结构 262

11.3.2 SPEAKeasyⅠ的软件体系结构 263

11.3.3 顶层对象的特点 264

11.3.4 特定任务 264

11.3.5 SPEAKeasyⅡ的编码 265

11.4 基础结构软件 265

11.4.1 控制流程 266

11.4.2 信号的流程 266

11.4.3 流程标准化 267

11.4.4 CORBA 269

11.4.5 定时、频率和定位 272

11.4.6 资源管理 273

11.5 SDR的状态机 274

11.5.1 有限状态自动机 274

11.5.2 下推自动机 275

11.5.3 信道控制状态机 275

11.5.4 代理状态机 276

11.6 体系结构的意义 276

11.6.1 通信业务层 276

11.6.2 无线应用层 278

11.6.3 基础结构层 279

11.6.4 硬件平台层 279

11.7 练习 280

第12章 软件组件的特点 282

12.1 硬件-软件的接口 282

12.1.1 DSP的扩展 283

12.1.2 执行的定时 285

12.1.3 汇集软件性能 287

12.2 前端处理软件 288

12.2.1 频谱管理 290

12.2.2 频谱监视 291

12.3 调制解调软件 294

12.3.1 调制解调的复杂性 294

12.3.2 SPEAKeasyⅡ的API 294

12.3.3 调制解调技术 295

12.3.4 同步 303

12.3.5 均衡器的复杂性 304

12.3.6 解调的判决 305

12.3.7 前向差错控制(FEC) 306

12.3.8 防止差错的复杂性的权衡 307

12.3.9 多种数据速率 309

12.3.10 造成链路层复杂性的因素 310

12.4 比特流处理软件 311

12.5 INFOSEC软件 311

12.6 网络互连软件 311

12.6.1 开放系统互连的协议堆栈 314

12.6.2 分层网络的接入 315

12.6.3 模式切换 315

12.7 信源分段的软件 316

12.7.1 语音处理软件 316

12.7.2 信息处理软件 317

12.7.3 用户接口软件 318

12.8 其他的软件问题 320

12.9 体系结构的意义 321

12.10 练习 322

第13章 性能管理 324

13.1 性能管理综述 324

13.1.1 需求及容量的一致度量 324

13.1.2 初始需求估计 325

13.1.3 设备利用率精确地预测性能 326

13.2 性能管理的过程流程 327

13.3 估计处理需求 329

13.3.1 伪代码的例子-T1复用器 329

13.3.2 被量化的对象 332

13.3.3 线程分析和对象加载因子 334

13.3.4 运用资源管理电子表格 335

13.4 基准标记的应用 336

13.4.1 GSM基站 336

13.4.2 基准标记的部分干扰消除接收机 338

13.4.3 基准标记的手机 339

13.5 确定性能参数 340

13.5.1 设备利用率 340

13.5.2 响应时间估计 342

13.5.3 通量估计：多少硬件 343

13.5.4 超过指标的概率 343

13.6 结构的意义 345

13.7 练习 345

第14章 智能天线 346

14.1 智能天线的领域 346

14.2 多波束阵列 347

14.3 自适应空间零位 348

14.3.1 算法运作 350

14.3.2 波束形成算法复杂度 351

14.4 空-时自适应处理 352

14.5 结构的含义 354

14.5.1 智能天线部件 354

14.5.2 设计规则 355

14.6 练习 356

第15章 应用 357

15.1 设计过程 357

15.2 救灾系统设计 358

15.2.1 联邦紧急救援署操作概念(FEMA Concept of CONOPS)26 359

15.2.2 需求分析 359

15.2.3 系统描述 361

15.2.4 例证性的设计 362

15.3 结构的含义 363

15.4 练习 364

第16章 参考体系结构 365

参考文献 367

词汇 388