软件无线电——无线电工程的现代方法
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- 作者： （美）Jeffrey H.Reed
- 译者： 陈强 等
- 丛书名： 21世纪信息与通信技术教程
- 出版社：人民邮电出版社
- ISBN：7115118698
- 上架时间：2004-8-7
- 出版日期：2004 年7月
- 开本：16开
- 页码：398
- 版次：1-1
- 所属分类：
通信 > 无线电、电子学的应用
内容简介回到顶部↑
本书首次从无线电工程的角度全面系统地介绍了软件无线电的设计方法学，不仅详细介绍了软件无线电系统中射频、直接数字合成、模数转换器和数模转换器以及各种数字硬件的设计与选择，而且阐述了软件无线电系统中Java、无线电虚拟机、对象请求代理和移动环境等高级软件的开发和应用，还深入分析了多速率信号处理、智能天线和面向对象等关键技术，最后对目前军事、民用和学术领域中典型的软件无线电系统进行了实例分析和比较。
本书内容详尽且理论与实践相结合，适合从事现代通信系统（特别是软件无线电系统）设计、开发与研究的射频工程师、数字信号处理工程师、软件工程师、系统工程师和各类研究人员阅读，也可以作为高等院校通信等相关专业的师生学习软件无线电的参考书籍。
本书内容详尽且理论与实践相结合，适合从事现代通信系统（特别是软件无线电系统）设计、开发与研究的射频工程师、数字信号处理工程师、软件工程师、系统工程师和各类研究人员阅读，也可以作为高等院校通信等相关专业的师生学习软件无线电的参考书籍。
目录回到顶部↑
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
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
译者序回到顶部↑
传统的无线电系统是纯粹以硬件方式来实现的。现代的无线电系统越来越多地采用可编程数字信号处理器件宋实现，这样增强了设备的灵活性，简化了开发研制的过程，降低了系统成本。简单地说，软件无线电就是采用软件来实现无线电通信系统的功能。就像个人计算机一样，同一台无线电通信系统通过加载不同的软件能够完成不同的功能。
软件无线电的概念最早于1991年由美国MITRE公司的Mitola博士提出。软件无线电的最初目的是为了解决美军电台种类繁多、功能单一、维护困难等问题，实现各军兵种之间的互连、互通和互操作。美军于1992年开始实施“SPEAKeasy”计划，进行软件无线电的研究，并且取得了巨大的成功。在随后的各种军事通信计划中，例如“Glomo”计划，美军进一步加强了软件无线电的研究。在实践中，美军认识到软件无线电的设计完全不同于传统的无线电工程，于是在1997年提出“JTRS”计划，并且提出了软件通信体系结构(SCA)。JTRS采用全新的设计思想和方法，成为当前软件无线电研究的典型系统。
与此同时，商业无线通信也在飞速发展，在短短10多年间移动通信就从第一代技术发展到第三代(3G)技术。但是，商业无线通信的发展遇到了许多困难和问题，例如各国之间不同的标准和协议以及不同的频率分配等，阻碍了全球个人通信的实现。软件无线电的提出和发展为解决这些问题提供了有效契机，这是无线通信领域的一次革命性的发展，引起了全世界的关注，成为学术界和工业界的研究热点。各种国际组织和国际会议都将软件无线电列为研究计划，并且于1997年成立了100多家公司和机构组成的“软件无线电国际论坛(SDRForum)”。目前，软件无线电国际论坛和对象管理组织(OMG)这两大国际组织正在致力于整合民用和军用软件无线电的开发和应用，制定软件无线电的国际标准。
我国许多大学、公司和研究机构一直在跟踪软件无线电的发展，并且进行了不懈的研究和实践。自然科学基金、“863”计划和国防预研基金等都将软件无线电列入研究计划。我国的第三代移动通信研究组已经将软件无线电作为关键技术来研究，并且在基于TD-SCDMA标准的移动通信系统中应用了软件无线电技术。
然而，许多工程师并不熟悉开发软件无线电系统的最新技术。本书填补了这一方面的空白，介绍了软件无线电系统设计的重要概念，并且涉及了工程师应该理解的各种问题和技术，以促进他们在无线电系统和子系统中应用软件无线电技术。本书的内容涉及以下各方面：
● 多速率数字信号处理在软件无线电系统设计中的核心作用；
● 在实现射频前端时，利用数字处理技术来克服射频设计中出现的关键问题；
● 调制波形的直接数字合成；
● 在模数转换和数模转换精度、抽样速率和动态范围之间进行折衷；
● 通过智能天线和其他自适应阵列算法来增强系统性能；
● 在数字信号处理器、现场可编程门阵列和专用集成电路之间进行选择的实际技术；
● 采用面向对象技术构建灵活的和可复用的实时软件的系统方法。
本书从典型的军用和民用软件无线电系统， 目前商业可用的产品以及软件无线电协会的研究课题，各种公司、大学和研究机构的研究项目中选择实例，并对它们进行分析和全面总结。
本书原版书的作者是弗吉尼亚工学院移动和便携式无线电研究组(MPRG)的导师，是软件无线电、智能天线、干扰抑制、调制解调器设计和定位技术等方面的著名教授，他领导的MPRG曾经承担并完成了DARPA的“Glomo”计划中软件无线电和智能天线等方面的重要项目。
参加本书翻译的人员有陈强博士(译者序、第1—3章和第7—9章以及附录)、李刚副教授(第2、4、5章)、王成海工程师(第8、9章)、张旭东博士(第7章)和李晋文博士(第6章)等。由于译者的水平有限，书中的翻译错误在所难免，希望读者提出批评并指正。
译者
2004年3月
软件无线电的概念最早于1991年由美国MITRE公司的Mitola博士提出。软件无线电的最初目的是为了解决美军电台种类繁多、功能单一、维护困难等问题，实现各军兵种之间的互连、互通和互操作。美军于1992年开始实施“SPEAKeasy”计划，进行软件无线电的研究，并且取得了巨大的成功。在随后的各种军事通信计划中，例如“Glomo”计划，美军进一步加强了软件无线电的研究。在实践中，美军认识到软件无线电的设计完全不同于传统的无线电工程，于是在1997年提出“JTRS”计划，并且提出了软件通信体系结构(SCA)。JTRS采用全新的设计思想和方法，成为当前软件无线电研究的典型系统。
与此同时，商业无线通信也在飞速发展，在短短10多年间移动通信就从第一代技术发展到第三代(3G)技术。但是，商业无线通信的发展遇到了许多困难和问题，例如各国之间不同的标准和协议以及不同的频率分配等，阻碍了全球个人通信的实现。软件无线电的提出和发展为解决这些问题提供了有效契机，这是无线通信领域的一次革命性的发展，引起了全世界的关注，成为学术界和工业界的研究热点。各种国际组织和国际会议都将软件无线电列为研究计划，并且于1997年成立了100多家公司和机构组成的“软件无线电国际论坛(SDRForum)”。目前，软件无线电国际论坛和对象管理组织(OMG)这两大国际组织正在致力于整合民用和军用软件无线电的开发和应用，制定软件无线电的国际标准。
我国许多大学、公司和研究机构一直在跟踪软件无线电的发展，并且进行了不懈的研究和实践。自然科学基金、“863”计划和国防预研基金等都将软件无线电列入研究计划。我国的第三代移动通信研究组已经将软件无线电作为关键技术来研究，并且在基于TD-SCDMA标准的移动通信系统中应用了软件无线电技术。
然而，许多工程师并不熟悉开发软件无线电系统的最新技术。本书填补了这一方面的空白，介绍了软件无线电系统设计的重要概念，并且涉及了工程师应该理解的各种问题和技术，以促进他们在无线电系统和子系统中应用软件无线电技术。本书的内容涉及以下各方面：
● 多速率数字信号处理在软件无线电系统设计中的核心作用；
● 在实现射频前端时，利用数字处理技术来克服射频设计中出现的关键问题；
● 调制波形的直接数字合成；
● 在模数转换和数模转换精度、抽样速率和动态范围之间进行折衷；
● 通过智能天线和其他自适应阵列算法来增强系统性能；
● 在数字信号处理器、现场可编程门阵列和专用集成电路之间进行选择的实际技术；
● 采用面向对象技术构建灵活的和可复用的实时软件的系统方法。
本书从典型的军用和民用软件无线电系统， 目前商业可用的产品以及软件无线电协会的研究课题，各种公司、大学和研究机构的研究项目中选择实例，并对它们进行分析和全面总结。
本书原版书的作者是弗吉尼亚工学院移动和便携式无线电研究组(MPRG)的导师，是软件无线电、智能天线、干扰抑制、调制解调器设计和定位技术等方面的著名教授，他领导的MPRG曾经承担并完成了DARPA的“Glomo”计划中软件无线电和智能天线等方面的重要项目。
参加本书翻译的人员有陈强博士(译者序、第1—3章和第7—9章以及附录)、李刚副教授(第2、4、5章)、王成海工程师(第8、9章)、张旭东博士(第7章)和李晋文博士(第6章)等。由于译者的水平有限，书中的翻译错误在所难免，希望读者提出批评并指正。
译者
2004年3月
序言回到顶部↑
软件无线电体现了无线电设计模式的重大变化。软件无线电的大部分功能是由可编程的信号处理器件来实现的，这就使得无线电系统能够通过改变其运行参数来适应新的特征和功能。软件无线电的实现方法减少了传统无线电系统中的射频部分和其他模拟部件，强调应用数字信号处理来增强整个接收机的灵活性。
对于采用这种方法宋设计新的无线电系统，技术变化非常快，以至于在培训新的无线电工程师的培训资料方面出现了严重空白。传统的无线电工程专业的教科书强调模拟的器件层设计，很少提及数字信号处理在实现无线收发机的主要功能方面所起到的日益增长的重要作用。尽管个别的参考书涉及一些关键的模拟和数字子系统，但是论述都不够全面，对于这些子系统之间的相互影响，这些参考书也没有提供一个完整的阐述。
作者在为(美国)国防部高级研究计划局(DARPA)研究和开发新型的高性能无线电系统的过程中，强烈地意识到这一空白。当研制无线电原型样机的时候，作者发现，在如何设计基于数字信号处理的无线电系统方面，几乎没有什么易于理解的资料可以提供给学生作为参考。除了作者所遇到的情况以外，在学术界和工业界的许多同事们也遇到同样令人沮丧的情况，这促使作者决定写这本关于现代无线电设计原理的书， 目的就是为了对关键的无线电子系统之间的相互影响进行必要的阐述。
软件无线电不断地出现在商业和军事的通信基础设施中，由于其自身的许多优点应用得越来越广泛。
1．设计的简易性
传统的无线电设计要求设计者具有多年的设计实践经验，并且极其谨慎，要能够理解各种系统器件是如何结合在一起而发挥作用的。开发具有市场要求的产品所需要的时间是现代工程设计应该考虑的关键事项。软件无线电的实现减少了新产品的设计周期，这使得工程师不再需要反复地进行有关模拟硬件部分的设计。采用具有期望频率和带宽的通用射频前端，再结合各种信号处理软件，可以设计出许多不同的无线电产品。
2．研制的简易性
没有两个模拟器件具有完全相同的性能，所以在生产过程中需要对无线电系统进行严格的质量控制和检测。然而，给定相同的输入，两个运行相同软件的数字处理器能够产生相同的输出。因此，促进数字硬件的开发可减少无线电系统研制和测试的成本。
3．多模式操作
无线通信的迅猛发展已经导致传输标准的激增。但是，在很多情况下，我们希望一种无线电系统能够运行多个标准。例如，全美国的所有无线通信公司都在配置他们的系统，从而在某些市场采用GSM标准，在另一些市场采用IS-95码分多址(CDMA)标准。此外，第三代无线通信的发展也在这种背景下引入了很多种标准。通常，多模式操作需要多个完整的硬件集，这不仅增大了无线电系统的规模，而且增加了无线电系统的设计成本。然而，软件无线电系统只要在内存中加载合适的软件就能够改变其工作模式。
4．高速信号处理技术的应用
采用高速信号处理技术能够实现新的接收机结构，例如自适应天线、干扰抑制和加密等技术，以前都认为这些技术太复杂了。但是随着数字信号处理器性能的不断提高，现在这些技术都在商业系统中有各自的应用领域。对于消费者来说，这种影响将导致扩大服务范围，提高服务质量：对于服务提供商来说，这种影响将减少整个通信基础设施的成本。
5．较少的分立器件
单个的高速数字处理器能够实现许多传统的无线电功能，例如数据的同步、解调、差错检测和加密等，这样就减少了所需要的器件数量，缩小了无线电系统的规模，降低了无线电系统的成本。
6．新功能增加的灵活性
软件无线电系统可以进行现场调整，解决没有预见到的问题或者对无线电系统进行升级。例如，可以向无线电系统发送升级软件，从而改进整个系统的性能，比如向手机发送新的语音编码器。另一个重要的功能改进是无线电系统和网络操作的自我诊断能力，这意味着在没有人工干预的情况下，能够提高系统的可靠性。
因为软件无线电具有以上这些优点以及数字信号处理器件的处理能力在不断提高，所以作者认为软件无线电将成为无线电设计的标准模式。
研制软件无线电系统所面临的挑战是必须具备广阔的知识面，包括数字信号处理算法、射频电路、软件方法学和数字电路等。本书中给出的设计方法就是为数字信号处理工程师理解无线电设计的关键领域提供帮助。例如，数字信号处理工程师应该知道射频参数的选择以及所产生的局限，从而能够知道如何恰当地选择后续的信号处理方法来弥补这些局限。本书从数字信号处理工程师的角度，回顾了关键的无线电子系统及其相互之间的关联。
第1章介绍了软件无线电的基本概念，讨论了软件无线电的优点，建立了用于研究软件无线电设计过程的几个步骤。
数字信号处理工程师通常不了解射频工程，同样地，射频工程师通常不了解数字信号处理。然而，为了充分论述软件无线电技术，不能完全独立地阐述其中的一些子系统。因此，第2章为数字信号处理工程师提供了射频前端设计的基础知识，描述了可以在数字域进行的一些信号处理过程以解决射频设计方面存在的问题。
对于采用这种方法宋设计新的无线电系统，技术变化非常快，以至于在培训新的无线电工程师的培训资料方面出现了严重空白。传统的无线电工程专业的教科书强调模拟的器件层设计，很少提及数字信号处理在实现无线收发机的主要功能方面所起到的日益增长的重要作用。尽管个别的参考书涉及一些关键的模拟和数字子系统，但是论述都不够全面，对于这些子系统之间的相互影响，这些参考书也没有提供一个完整的阐述。
作者在为(美国)国防部高级研究计划局(DARPA)研究和开发新型的高性能无线电系统的过程中，强烈地意识到这一空白。当研制无线电原型样机的时候，作者发现，在如何设计基于数字信号处理的无线电系统方面，几乎没有什么易于理解的资料可以提供给学生作为参考。除了作者所遇到的情况以外，在学术界和工业界的许多同事们也遇到同样令人沮丧的情况，这促使作者决定写这本关于现代无线电设计原理的书， 目的就是为了对关键的无线电子系统之间的相互影响进行必要的阐述。
软件无线电不断地出现在商业和军事的通信基础设施中，由于其自身的许多优点应用得越来越广泛。
1．设计的简易性
传统的无线电设计要求设计者具有多年的设计实践经验，并且极其谨慎，要能够理解各种系统器件是如何结合在一起而发挥作用的。开发具有市场要求的产品所需要的时间是现代工程设计应该考虑的关键事项。软件无线电的实现减少了新产品的设计周期，这使得工程师不再需要反复地进行有关模拟硬件部分的设计。采用具有期望频率和带宽的通用射频前端，再结合各种信号处理软件，可以设计出许多不同的无线电产品。
2．研制的简易性
没有两个模拟器件具有完全相同的性能，所以在生产过程中需要对无线电系统进行严格的质量控制和检测。然而，给定相同的输入，两个运行相同软件的数字处理器能够产生相同的输出。因此，促进数字硬件的开发可减少无线电系统研制和测试的成本。
3．多模式操作
无线通信的迅猛发展已经导致传输标准的激增。但是，在很多情况下，我们希望一种无线电系统能够运行多个标准。例如，全美国的所有无线通信公司都在配置他们的系统，从而在某些市场采用GSM标准，在另一些市场采用IS-95码分多址(CDMA)标准。此外，第三代无线通信的发展也在这种背景下引入了很多种标准。通常，多模式操作需要多个完整的硬件集，这不仅增大了无线电系统的规模，而且增加了无线电系统的设计成本。然而，软件无线电系统只要在内存中加载合适的软件就能够改变其工作模式。
4．高速信号处理技术的应用
采用高速信号处理技术能够实现新的接收机结构，例如自适应天线、干扰抑制和加密等技术，以前都认为这些技术太复杂了。但是随着数字信号处理器性能的不断提高，现在这些技术都在商业系统中有各自的应用领域。对于消费者来说，这种影响将导致扩大服务范围，提高服务质量：对于服务提供商来说，这种影响将减少整个通信基础设施的成本。
5．较少的分立器件
单个的高速数字处理器能够实现许多传统的无线电功能，例如数据的同步、解调、差错检测和加密等，这样就减少了所需要的器件数量，缩小了无线电系统的规模，降低了无线电系统的成本。
6．新功能增加的灵活性
软件无线电系统可以进行现场调整，解决没有预见到的问题或者对无线电系统进行升级。例如，可以向无线电系统发送升级软件，从而改进整个系统的性能，比如向手机发送新的语音编码器。另一个重要的功能改进是无线电系统和网络操作的自我诊断能力，这意味着在没有人工干预的情况下，能够提高系统的可靠性。
因为软件无线电具有以上这些优点以及数字信号处理器件的处理能力在不断提高，所以作者认为软件无线电将成为无线电设计的标准模式。
研制软件无线电系统所面临的挑战是必须具备广阔的知识面，包括数字信号处理算法、射频电路、软件方法学和数字电路等。本书中给出的设计方法就是为数字信号处理工程师理解无线电设计的关键领域提供帮助。例如，数字信号处理工程师应该知道射频参数的选择以及所产生的局限，从而能够知道如何恰当地选择后续的信号处理方法来弥补这些局限。本书从数字信号处理工程师的角度，回顾了关键的无线电子系统及其相互之间的关联。
第1章介绍了软件无线电的基本概念，讨论了软件无线电的优点，建立了用于研究软件无线电设计过程的几个步骤。
数字信号处理工程师通常不了解射频工程，同样地，射频工程师通常不了解数字信号处理。然而，为了充分论述软件无线电技术，不能完全独立地阐述其中的一些子系统。因此，第2章为数字信号处理工程师提供了射频前端设计的基础知识，描述了可以在数字域进行的一些信号处理过程以解决射频设计方面存在的问题。
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共有4人开贴评论 6人参与评论 3人参与打分 查看
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发表于：2004-8-8 13:01:00
作者是Virginia Tech （VT）的教授，原来与Theodore S.Rappaport在同一研究组（现在Rappaport跑到德州大学了），作者已经教了很多年的相关课程，前几年在该书出版前我下载过部分章节和讲义觉得比较实用，是不错的书。但是看到译者又是某某某等，不免有些失望，为什么不出英文版呢？
图书主页http://www.softradios.com/book.html
作者主页http://www.mprg.org/people/reed/
另外对人邮的美编提出强烈抗议，为什么本系列的图书封面如此俗不可耐，气愤中......
图书主页http://www.softradios.com/book.html
作者主页http://www.mprg.org/people/reed/
另外对人邮的美编提出强烈抗议，为什么本系列的图书封面如此俗不可耐，气愤中......
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