軟件無線電原理與技術(shù)

前言

　　人類信息社會發(fā)展到今天，無線通信和光纖通信一起成為當(dāng)今信息網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬纱蠡A(chǔ)平臺，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活和國家安全等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。無線通信作為信息網(wǎng)絡(luò)個人接入的一種主要手段，正面臨著巨大的市場增長和嶄新的技術(shù)飛躍。在此背景下，我國政府已經(jīng)將此領(lǐng)域的發(fā)展任務(wù)列為國家重大專項(xiàng)?！　∮捎诩夹g(shù)的發(fā)展和市場的驅(qū)動，無線通信和其他技術(shù)領(lǐng)域一樣，也經(jīng)歷了幾個不同的發(fā)展階段。比較普遍的一種階段劃分是：從模擬無線電到數(shù)字無線電的發(fā)展階段，從數(shù)字無線電到軟件無線電的發(fā)展階段，以及從軟件無線電到認(rèn)知無線電的發(fā)展階段?！　≤浖o線電是在數(shù)字無線電基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采用了大量數(shù)字無線電的數(shù)字處理技術(shù)及器件。眾所周知，無線通信在發(fā)展過程中遇到了多種體制、多種標(biāo)準(zhǔn)、多種功能并存的問題，每逢新體制的變更、新標(biāo)準(zhǔn)的制訂、新功能的實(shí)現(xiàn)，都要求對軟硬件進(jìn)行修改，以便提供新的產(chǎn)品。這給無線通信設(shè)備的設(shè)計、生產(chǎn)和使用帶來了很大的麻煩，于是人們就從個人電腦（PC）的發(fā)展經(jīng)歷中獲得了啟發(fā)。早期的電腦是專用的，如用于科學(xué)計算的電腦、用于打字的電腦、用于傳真通信的電腦等，它們互不兼容。后來，人們將電腦的硬件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一設(shè)計及制造，將不同的功能通過在電腦上加載不同的軟件來實(shí)現(xiàn)，就促使了個人電腦的極大普及。軟件無線電正是借用了個人電腦的發(fā)展思路，將模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件單元組建成通用平臺，通過在這種平臺上加載合適的軟件，實(shí)現(xiàn)無線通信的各種體制、各種標(biāo)準(zhǔn)和各種功能。這是無線通信領(lǐng)域的一次重大革命，對無線通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響?！　≤浖o線電既是一種嶄新的理論與技術(shù)，也是一種先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計思路與方法，最近十年來在新一代無線系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。如軍用的軟件電臺、軟件雷達(dá)和電子對抗設(shè)備，民用的多模手機(jī)、通用基站、通用網(wǎng)關(guān)、第三代和第四代移動通信系統(tǒng)等，都大量采用了軟件無線電技術(shù)。在此背景下，為了進(jìn)一步普及軟件無線電的基本知識，提高該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用水平，更好地將軟件無線電的方法用于新一代無線產(chǎn)品的設(shè)計、制造和應(yīng)用，將軟件無線電原理及技術(shù)更系統(tǒng)、更深入地編寫成一本書出版是很有必要的?！　∏迦A大學(xué)是我國最早從事軟件無線電研究的單位之一。本書作者在清華大學(xué)期間，先后承擔(dān)了國家“863”計劃、國家自然科學(xué)基金支持的軟件無線電課題，并在技術(shù)開發(fā)及標(biāo)準(zhǔn)化工作中將軟件無線電技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)際，具有很好的理論背景和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本書是作者多年來在無線通信領(lǐng)域潛心研究的成果之一，其內(nèi)容選取全面，原理敘述清楚，理論聯(lián)系實(shí)際，系統(tǒng)舉例豐富，是一本很好的軟件無線電著作，可以作為大學(xué)高年級學(xué)生和研究生相關(guān)課程的參考書或教材，也適合從事無線領(lǐng)域工作的工程技術(shù)人員及企業(yè)管理人員閱讀。

內(nèi)容概要

　　本書在系統(tǒng)闡述軟件無線電的基本概念、基本原理和體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，著重介紹了軟件無線電關(guān)鍵技術(shù)，內(nèi)容涉及軟件無線電的射頻技術(shù)、前端技術(shù)、基帶技術(shù)、軟件技術(shù)和安全技術(shù)等。同時，分析歸納了國內(nèi)外十余種具有一定代表性的軟件無線電產(chǎn)品和試驗(yàn)系統(tǒng)的研究情況，以及軟件無線電在無線通信、廣播電視、電子對抗和定位導(dǎo)航等諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，展示了軟件無線電的巨大技術(shù)潛力。此外，通過較為全面、深入地回顧認(rèn)知無線電的產(chǎn)生、原理、現(xiàn)狀和標(biāo)準(zhǔn)化等，揭示了軟件無線電與認(rèn)知無線電的密切關(guān)系?！　”緯鴥?nèi)容全面系統(tǒng)、理論聯(lián)系實(shí)際、選材較為典型、敘述深入淺出，可作為理工科大學(xué)高年級學(xué)生和研究生課程的教學(xué)參考書或教材，同時也適合從事與無線通信、廣播電視、電子對抗和定位導(dǎo)航等工作相關(guān)的工程技術(shù)人員及企業(yè)管理人員閱讀，還可用于電信和IT行業(yè)的培訓(xùn)教材。

作者簡介

　　粟欣，許希斌，作者長期從事無線移動通信技術(shù)研究工作，在軟件無線電理論和應(yīng)用方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和獨(dú)到的見解?！　〉谝蛔髡咚谛罏榍迦A大學(xué)無線中心研究員，現(xiàn)任工業(yè)和信息化IMT-Advanced技術(shù)工作組組長，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會B3G工作組副組長，未來移動通信論壇（Fu TURE Forum）第六工作組副組長；曾于2000年1月至2001年1 1月期間成功研發(fā)了國內(nèi)第一個基于個人計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的軟件無線電試驗(yàn)平臺，被國際軟件無線電論壇評為亞洲五大軟件無線電實(shí)驗(yàn)環(huán)境之一。

書籍目錄

第1章　軟件無線電概論　　1.1　軟件無線電的產(chǎn)生背景　　　1.1.1　現(xiàn)實(shí)需求　　　1.1.2　技術(shù)進(jìn)步　　1.2　軟件無線電的關(guān)鍵技術(shù)　　　1.2.1　射頻技術(shù)　　　1.2.2　前端技術(shù)　　　1.2.3　基帶技術(shù)　　　1.2.4　軟件技術(shù)　　　　　1.2.5　安全技術(shù)　　1.3　軟件無線電的技術(shù)優(yōu)勢　　　1.4　軟件無線電的研究情況　　　1.4.1　國外研究情況　　　1.4.2　國內(nèi)研究情況　　1.5　本章小結(jié)　　參考文獻(xiàn)　第2章　軟件無線電基本原理　　2.1　天線原理　　　2.1.1　智能天線原理　　　2.1.2　波束形成算法　　　2.1.3　基于軟件無線電的智能天線　　2.2　模數(shù)/數(shù)模變換　　　2.2.1　模數(shù)/數(shù)模變換方法　　　2.2.2　轉(zhuǎn)換器的參數(shù)　　　2.2.3　通用模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)　　2.3　多速率信號處理　　　2.3.1　整數(shù)倍抽取重采樣　　　2.3.2　整數(shù)倍內(nèi)插重采樣　　　2.3.3　采樣率的有理數(shù)倍變換　　　2.3.4　多相結(jié)構(gòu)與多級實(shí)現(xiàn)　　　2.3.5　積分梳狀濾波器與半帶濾波器　　2.4　自適應(yīng)信號處理　　　2.4.1　自適應(yīng)信號處理的概念　　　2.4.2　自適應(yīng)信號處理的原理　　　2.4.3　自適應(yīng)信號處理的應(yīng)用　　　2.4.4　軟件無線電中的自適應(yīng)信號處理　　2.5　信號的編解碼和調(diào)制解調(diào)　　　2.5.1　軟件無線電中信號的編解碼　　　2.5.2　軟件無線電中的信號調(diào)制通用模型及算法　　　2.5.3　軟件無線電中的信號解調(diào)通用模型及算法　　2.6　信號的數(shù)字頻率合成　　　2.6.1　數(shù)字頻率合成概述　　　2.6.2　直接數(shù)字頻率合成　　　2.6.3　直接數(shù)字頻率合成的方法　　　2.6.4　鎖相頻率合成　　　2.6.5　直接數(shù)字頻率合成與鎖相頻率合成的結(jié)合　　2.7　面向?qū)ο缶幊獭　　?.7.1　關(guān)于對象　　　2.7.2　類與對象實(shí)現(xiàn)　　　2.7.3　對象請求代理　　2.8　軟件協(xié)議和組網(wǎng)　　　2.8.1　協(xié)議分層　　　2.8.2　協(xié)議棧重構(gòu)　　　2.8.3　組網(wǎng)　　2.9　信息安全策略和算法　　　2.9.1　安全問題　　　2.9.2　安全策略　　　2.9.3　安全業(yè)務(wù)　　　2.9.4　安全技術(shù)　　2.10　本章小結(jié)　　參考文獻(xiàn)　第3章　軟件無線電體系結(jié)構(gòu)　　3.1　軟件無線電體系結(jié)構(gòu)的演進(jìn)　　　3.1.1　體系結(jié)構(gòu)簡述　　　3.1.2　體系結(jié)構(gòu)分類　　　3.1.3　體系結(jié)構(gòu)演進(jìn)　　3.2　軟件無線電的功能結(jié)構(gòu)　　　3.2.1　軟件無線電功能　　　3.2.2　射頻功能結(jié)構(gòu)　　　3.2.3　中頻功能結(jié)構(gòu)　　　3.2.4　基帶功能結(jié)構(gòu)　　3.3　軟件無線電的分層結(jié)構(gòu)　　　3.3.1　軟件無線電的分層　　　3.3.2　物理層結(jié)構(gòu)　　　3.3.3　中間層結(jié)構(gòu)　　　3.3.4　應(yīng)用層結(jié)構(gòu)　　3.4　軟件無線電的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)　　　3.4.1　基于交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)　　　3.4.2　基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)　　　3.4.3　基于自組織網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)　　3.5　本章小結(jié)　　參考文獻(xiàn)　第4章　軟件無線電關(guān)鍵技術(shù)第5章　軟件無線電系統(tǒng)第6章　軟件無線電應(yīng)用　第7章　從軟件無線電到認(rèn)知無線電縮略語　

章節(jié)摘錄

　　軟件無線電（Software。Radio），也稱軟件定義的無線電（SoftwareDefinedRadio），是一種既能夠兼容多種制式的無線通信設(shè)備，也能夠滿足未來個性化通信需求的無線通信體系結(jié)構(gòu)及技術(shù)?！　?0世紀(jì)90年代初，美國MITRE公司的首席科學(xué)家J.Mitola首先提出軟件無線電的概念。軟件無線電最初指一種寬頻段多模式的無線電臺，利用加載在一定硬件上的軟件來實(shí)現(xiàn)所需的無線通信功能?，F(xiàn)在，軟件無線電是指將模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的硬件單元以總線或交換方式連接起來構(gòu)成通用平臺，通過在這種平臺上加載模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的軟件實(shí)現(xiàn)各種無線通信功能的一種開放體系結(jié)構(gòu)及技術(shù)?！　≤浖o線電提出了一種嶄新的設(shè)計、制造和使用無線通信系統(tǒng)與設(shè)備的思想，它擺脫了面向用途而完全依賴硬件的傳統(tǒng)無線電設(shè)計思路，通過一種模塊化的通用硬件平臺，把系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)從長期依賴于固定電路的方式中解放出來，利用軟件可編程、易修改和成本低（硬件投入少）的優(yōu)勢，把無線通信技術(shù)水平提升到一個新的高度?！　‘?dāng)無線通信系統(tǒng)的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，其主要功能由軟件來確定和完成，工作參數(shù)具有可編程特性（包括可編程的無線頻段、信道接入方式、信號調(diào)制解調(diào)類型和數(shù)據(jù)傳輸速率等），并且由軟件提供操作、控制、管理和維護(hù)功能時，軟件無線電的技術(shù)思想就得到了實(shí)現(xiàn)，這樣的系統(tǒng)即可稱為軟件無線電系統(tǒng)。因此，軟件無線電是與原來單純由硬件電路構(gòu)成的無線通信系統(tǒng)完全不同，也與用軟件方式控制的數(shù)字無線通信系統(tǒng)不盡相同的一種信息處理和傳輸?shù)捏w系結(jié)構(gòu)與技術(shù)?！　?.1 軟件無線電的產(chǎn)生背景　　軟件無線電的產(chǎn)生是20世紀(jì)無線通信領(lǐng)域的一次劃時代的進(jìn)步，其規(guī)模和影響都非常巨大。人們普遍認(rèn)為，通信設(shè)備和業(yè)務(wù)從固定到移動是第一次革命，從模擬到數(shù)字是第二次革命，從以硬件為主到以軟件為主是第三次革命。軟件無線電在通信領(lǐng)域的第三次革命中，扮演了非常重要和獨(dú)特的角色。雖然促使其產(chǎn)生和發(fā)展的原因是多方面的，但歸納起來主要有兩方面，一是現(xiàn)實(shí)需求，二是技術(shù)進(jìn)步。

編輯推薦

　　國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（“863”計劃），是一項(xiàng)具有明確國家目標(biāo)的國家科技計劃，是發(fā)展高科技、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、建設(shè)創(chuàng)新型國家的重大舉措，“863”通信高技術(shù)叢書，是對通信信息領(lǐng)域的課題以及相關(guān)重大專項(xiàng)的成果總結(jié)，被新聞出版總署列入“十一五”國家重點(diǎn)圖書出版規(guī)劃項(xiàng)目中的國家重大出版工程?！　　盾浖o線電原理與技術(shù)》特點(diǎn)　　《軟件無線電原理與技術(shù)》著重介紹了軟件無線電的關(guān)鍵技術(shù)及其在無線通信、廣播電視、電子對抗和定位導(dǎo)航等諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，可為從事相關(guān)工作的人員了解軟件無線電技術(shù)的基本內(nèi)容和思想，協(xié)助他們將軟件無線電技術(shù)應(yīng)用到所研究和開發(fā)的產(chǎn)品中提供重要的借鑒和參考價值。

圖書封面

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