软件无线电：无线电工程的现代方法

第1章  软件无线电概述  1
1.1  对软件无线电的需求  1
1.2  什么是软件无线电  2
1.3  软件无线电的特征和优势  2
1.4  软件无线电的设计原理  4
1.5  习题  6
第2章  射频实现问题  8
2.1  射频前端的用途  8
2.2  动态范围：接收机设计的主要挑战  9
2.3  射频接收机前端拓扑结构  10
2.3.1  拓扑结构的特性  10
2.3.2  拓扑结构  11
2.4  使用软件无线电增强射频链路的灵活性  15
2.5  各种组件对整体性能的重要性  17
2.5.1  天线  17
2.5.2  双工器与同向双工器  19
2.5.3  射频滤波器  20
2.5.4  低噪声放大器  20
2.5.5  镜像抑制和中频滤波器  20
2.5.6  射频混频器  20
2.5.7  本地振荡器  21
2.5.8  自动增益控制  21
2.5.9  模数转换器  24
2.6  发射机结构及其有关问题  24
2.7  射频链路的噪声和失真  26
2.7.1  噪声特性  26
2.7.2  失真特性  28
2.8  模数转换器与数模转换器的失真  30
2.9  预矫正  32
2.10  使用微机电系统的灵活性射频系统  36
2.11  小结  38
2.12  习题  38
第3章  多速率信号处理  40
3.1  引言  40
3.1.1  成本  40
3.1.2  灵活性  41
3.1.3  本章概述  41
3.2  样本速率转换原理  41
3.2.1  抽取  42
3.2.2  内插  45
3.2.3  两个多速率恒等式  55
3.2.4  非整数速率转换  56
3.2.5  多级抽样频率转换  57
3.2.6  级联积分梳状滤波器  62
3.3  多相滤波器  66
3.3.1  多相抽取  66
3.3.2  多相内插  68
3.4  数字滤波器组  71
3.4.1  实现  71
3.4.2  离散傅里叶变换滤波器组  72
3.4.3  多路转换器  78
3.5  在采用多速率数字滤波器的数字接收机中的定时恢复  81
3.5.1  典型模拟接收机中的定时恢复  81
3.5.2  仅在数字域的定时恢复  82
3.5.3  迟早门同步器  83
3.5.4  采用迟早门原理的定时偏差控制  83
3.6  小结  85
3.7  习题  85
第4章  信号的数字生成  87
4.1  引言  87
4.2  直接数字合成与模拟信号合成的比较  88
4.3  直接数字合成的方法  89
4.3.1  脉冲输出直接数字合成  90
4.3.2  只读存储器查找表方法  91
4.3.3  相位截断失真  92
4.3.4  输出序列分析  96
4.4  杂散信号分析  97
4.5  周期抖动引起的杂散分量  99
4.6  带通信号的生成  100
4.7  直接数字合成系统的性能  101
4.7.1  实验研究结果  102
4.7.2  混合系统的使用  102
4.8  混合的直接数字合成——锁相环系统  102
4.9  直接数字合成的应用  103
4.10  随机序列的生成  104
4.10.1  序列的种类及其特性  104
4.10.2  采用Wheatley过程随机化  106
4.11  只读存储器压缩技术  109
4.11.1  采用泰勒级数展开的插值技术  109
4.11.2  采用三角恒等式的插值技术  112
4.12  正弦相位差算法  113
4.13  修正的正弦相位差方法(抛物线逼近)  114
4.14  小结  115
4.15  习题  116
第5章  模数和数模转换  117
5.1  引言  117
5.2  理想数据转换器的参数  118
5.2.1  抽样过程  118
5.2.2  量化  126
5.3  实际数据转换器的参数  133
5.3.1  一般数据转换器的物理模型  134
5.3.2  对实际传递特性的考虑  135
5.3.3  对动态范围的考虑  137
5.3.4  实际的定时问题  142
5.3.5  模拟带宽  147
5.3.6  功耗  147
5.3.7  噪声和干扰对动态范围需求的影响  149
5.4  改进数据转换器性能的技术  152
5.4.1  抖动  153
5.4.2  自动增益控制(AGC)  155
5.5  通用模数转换器和数模转换器的结构  158
5.5.1  并行结构：闪速模数转换器、串状数模转换器和二元结构  159
5.5.2  分段结构：折叠和内插模数转换器与分段梯形数模转换器  161
5.5.3  迭代结构：分区/流水线/半闪速模数转换器，逐次逼近型模数转换器  165
5.5.4  Σ-△结构：模数转换器和数模转换器  168
5.6  小结  173
5.7  习题  175
第6章  智能天线  179
6.1  引言  179
6.2  向量信道建模  180
6.2.1  阵列导向向量  181
6.2.2  多径信道模型  184
6.2.3  多用户信道模型  187
6.3  智能天线的优势  188
6.3.1  波束形成  188
6.3.2  空时均衡  188
6.3.3  分集  189
6.4  波束形成系统的结构  189
6.4.1  多固定波束天线阵列  190
6.4.2  全自适应阵  191
6.4.3  开关波束和自适应阵系统的相对优点和折衷  192
6.5  智能天线的算法  192
6.5.1  分集组合技术  193
6.5.2  使用训练序列的自适应算法  197
6.5.3  盲算法  200
6.6  分集和空时自适应信号处理  206
6.6.1  接收机空时自适应处理算法  206
6.6.2  超载阵列处理  212
6.7  发射空时自适应处理算法  213
6.7.1  空时预滤波  213
6.7.2  空时格状编码  213
6.7.3  一种简单的发射分集方式  215
6.8  智能天线的硬件实现  217
6.8.1  数字波束形成接收机的实现  217
6.8.2  数字波束形成发射机的实现  218
6.8.3  组件问题  219
6.9  阵列校准  220
6.9.1  远程发射机法  220
6.9.2  测音法  221
6.10  弗吉尼亚工学院空时自适应无线电系统的实例研究  222
6.10.1  VT-STAR体系结构概述  222
6.10.2  VT-STAR的射频设计  223
6.10.3  VT-STAR的软件问题  226
6.10.4  VT-STAR设计的关键问题  228
6.11  小结  230
6.12  习题  230
第7章  数字硬件的选择  234
7.1  引言  234
7.2  主要的硬件单元  235
7.3  数字信号处理器(DSP)  236
7.3.1  DSP核  236
7.3.2  DSP的体系结构  236
7.3.3  数字表示  240
7.3.4  寻址  242
7.3.5  流水线操作  244
7.3.6  外设和其他组件  245
7.3.7  多处理  246
7.3.8  使用实时操作系统的多处理  247
7.3.9  软件设计流程  248
7.3.10  性能最大化  249
7.3.11  基准和性能评估  255
7.3.12  实例研究：TMS320C54x 系列数字信号处理器  257
7.4  现场可编程门阵列(FPGA)  257
7.4.1  基于静态随机存储器的现场可编程门阵列单元的作用  258
7.4.2  在现场可编程门阵列上实现数字信号处理器  259
7.4.3  现场可编程门阵列的结构  259
7.4.4  现场可编程门阵列在软件无线电系统中的应用  261
7.4.5  使用FPGA的设计原则  263
7.5  对数字信号处理器、现场可编程门阵列和专用集成电路的使用进行折衷  263
7.6  功率管理问题  264
7.6.1  DSP的功率管理  265
7.6.2  低功率超大规模集成电路的设计  265
7.6.3  体系结构/系统级方法  267
7.7  数字信号处理器、现场可编程门阵列和专用集成电路的混合使用  269
7.8  小结  270
7.9  习题  270
第8章  无线电和网络资源的面向对象描述  273
8.1  引言  273
8.2  网络  273
8.2.1  系统层  274
8.2.2  交换  275
8.2.3  服务质量  276
8.2.4  因特网协议(IP)  276
8.2.5  异步传输模式(ATM)  280
8.2.6  网络和软件无线电系统  281
8.3  面向对象编程  283
8.3.1  对象  284
8.3.2  Java  287
8.3.3  Java和软件无线电系统  290
8.3.4  无线电虚拟机  290
8.3.5  面向对象软件和软件无线电系统  291
8.4  对象代理  292
8.4.1  公共对象请求代理体系结构  293
8.4.2  软件无线电系统的实现问题  296
8.4.3  对象代理和软件无线电系统  297
8.5  移动应用环境  298
8.5.1  MExE  300
8.5.2  业务发现  303
8.5.3  移动应用环境和软件无线电系统  304
8.5.4  软件无线电的安全性  304
8.6  联合战术无线电系统  305
8.6.1  硬件类  305
8.6.2  软件通信体系结构的构成  306
8.7  小结  308
8.8  习题  309
第9章  软件无线电设计的实例研究  310
9.1  引言和历史观点  310
9.1.1  软件无线电系统内在的体系结构特征  311
9.1.2  软件无线电系统重要的体系结构特征  312
9.1.3  实际软件无线电系统的体系结构特征  314
9.2  SPEAKeasy  315
9.2.1  SPEAKeasy第1阶段  316
9.2.2  SPEAKeasy第2阶段  320
9.2.3  SPEAKeasy总结  326
9.3  联合战术无线电系统  326
9.3.1  软件通信体系结构的目标  328
9.3.2  软件通信体系结构的属性  328
9.3.3  软件通信体系结构的详述  330
9.3.4  联合战术无线电系统的总结  335
9.3.5  软件定义无线电论坛的体系结构详述  336
9.3.6  小结  341
9.4  无线信息传输系统  341
9.4.1  体系结构的目标  343
9.4.2  体系结构概述  343
9.4.3  软件体系结构  343
9.4.4  硬件体系结构  345
9.4.5  体系结构详述  345
9.4.6  无线信息传输系统总结  348
9.5  SDR-3000数字收发机子系统  349
9.6  SpectrumWare  352
9.6.1  SpectrumWare系统描述  352
9.6.2  输入/输出  352
9.6.3  编程环境  353
9.6.4  SpectrumWare总结  354
9.7  CHARIOT  355
9.7.1  CHARIOT层次化无线电体系结构  355
9.7.2  层次化无线电体系结构的实现实例  359
9.7.3  CHARIOT总结  360
9.8  小结  360
9.9  习题  362
附录A  射频工程的相关文献：提供给射频电路设计人员的简要目录  363
A.1  电子学  363
A.2  射频电路设计和S参数  363
A.3  滤波器  363
A.4  微波  364
A.5  振荡器  364
A.6  锁相环和频率合成器  364
A.7  接收机和系统  364
A.8  PSpice  365
A.9  商业出版物和期刊  365
A.10  可访问的网上综述资料  365
附录B  坐标旋转数字计算机算法  366
B.1  引言  366
B.2  CORDIC概述  366
B.3  CORDIC算法的推导  366
B.3.1  沿半径为R的圆平移一个点  367
B.3.2  通过迭代子旋转进行旋转  368
B.3.3  简化迭代旋转的计算  368
B.3.4  确定等式的最终形式  369
B.3.5  定向模式  370
B.4  CORDIC算法的性能  370
B.5  CORDIC算法的扩展  371
参考文献  373
缩略语  387
作者简介  396