软件无线电系列——模拟无线电、数字无线电、软件无线电

本节目录

一、模拟无线电
二、数字无线电
1、窄带数字无线电
2、宽带数字无线电
三、软件无线电

本节内容
一、模拟无线电
20世纪80年代的模拟体制(美国的AMPS/欧洲的TACS)被称为第一代移动通信，简称1G,主要目标是为在大范围内有限的用户提供移动电话服务。最主要的特点是：用户数量相对较少；业务密度相对较低；小区半径较大，一般从几千米到几十千米；每个小区使用一定数量的无线信道频率。
美国的AMPS/欧洲的TACS均采用模拟技术体制，多址方式为频分多址FDMA,分配给每个移动基站一定数量的载频，用于与手机用户之间的语音通信；语音通信采用普通的模拟调制FM体制。不同国家采用不同的移动通信系统，具体如下：

第一代移动通信系统的接收机组成框图：

经天线接收的无线电信号，通过带通滤波器的滤波和低噪声放大器的信号放大，送给第一混频器进行射频到中频的频率变换，把射频信号变换为45MHz的中频信号；该中频信号经过中频放大后再与第二本振混频，把45MHz的第一中频信号变换为462.5kHz的第二中频信号，中频滤波器的带宽取决于信号带宽，AMPS为30kHz,TACS为25kHz，其余12.5kHz;第二中频信号经过中频放大后送至锁相环FM解调器进行解调，最后输出语音信号。
第一代移动通信系统采用模拟无线电技术体制，特点是中频带宽为单信道窄带体制，一部接收机只能解调处理一个用户的信号，通信功能完全由定制的硬件来决定，信号适应能力差、缺乏灵活性，更无法满足可扩展、可升级的高要求。
二、数字无线电
1、窄带数字无线电
第二代移动通信系统采用数字调制技术，具有更强的抗干扰能力和更大的通信容量，同时采用了时分多址TDMA和码分多址CDMA体制，大大提高了频谱利用率，增加了系统容量。信道带宽也从模拟体制的30/25kHz，提高到了200kHz和1.25MHz。一些典型的无线接口如下：

GSM接收机的组成框图：

GSM接收机通过二次变频的射频前端，把射频信号变换为中频信号，第一次中频信号频率为71MHz,第二次中频信号频率为6MHz。之后进行A/D采样数字化，把模拟中频信号变换为数字信号，再由信号处理器DSP完成解调。两个数字化，一是通信体制的数字化，把语音信号数字化后经过数字调制MSK/PSK进行信息传输；二是解调方式数字化，把接收的已调模拟信号进行A/D采样数字化，在对数字化信号进行软件解调。
2、宽带数字无线电
第三代移动通信3G,主要目标是提供更高的比特率和更好的频谱利用率，以便为3G用户提供业务种类更加广泛、服务质量QoS更优的数据业务。ITU认可的第三代移动通信系统标准有三个：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。其无线接口如下：

WCDMA接收机的组成框图：

WCDMA的射频前端的工作频带为2GHz频带，中频带宽为5MHz，通过二次变频把2GHz频带的射频信号变换为固定的二中频信号后，由数字解调单元进行A/D采样数字化，再经过DSP软件解调得到语音或视频数据流。
WCDMA采用频分双工FDD体制，最初是以爱立信、诺基亚公司为代表的欧洲通信厂商提出来的，采用信道带宽为5MHz的CDMA、上/下快速功率控制、下行发射分集、基站间异步操作等。
CDMA2000采用频分双工FDD体制，由高通、浪讯、摩托摩拉等美国公司在2G系统IS-95上提出来的，最大特点是考虑和IS-95系统的向后兼容，实现2G向3G的平滑过度。
TD-SCDMA采用时分双工TDD体制，是我国的大唐滇西集团在国家支持下研制提出的3G标准，上/下行工作在同一频段，不需要大段的连续对称频谱，具有最高的频谱效率。
三、软件无线电
第四代移动通信系统4G,采用正交频分复用OFDM体制最主要特点是超高速的数据率，期望达到100Mbps，使无线上网速度大大加快。
第四代移动通信系统4G软件无线电接收机模型：

4G系统的特点：一射频是宽开的，接收各个移动通信频段的信号；二是中频是宽带的，可以使用与1G到4G甚至5G等信号；三是通信功能的实现是软件化的，信道选择、滤波、解调、译码均通过软件实现，而且这些软件是模块化、构件化，支持可动态重构和在线升级。4G软件无线电接收机，需要解决中频频率的选取、采样频率的选择、如何进行信道选择和匹配滤波、如何进行软件解调包括同步、均衡等。