微波工程報告南台科技大學電子工程系學號： M9730226 學生：鄭偉廷

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微波工程報告

南台科技大學電子工程系

學號： M9730226學生：鄭偉廷

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IEEE Xplore

Designing and Testing Software-Defined Radios

Pedro Cruz, Nuno Borges Carvalho,

and Kate A. Remley

ISSN: 1527-3342 Digital Object Identifier: 10.1109/MMM.2010.936493

Date of Current Version: 27 5 月 2010 Sponsored by: IEEE Microwave Theory and Techniques Society


未來無線配置，軟體無線電 (SDR) 將是關鍵，因為有新的無線技術集成在第四代通信標準。

SDR 使用單一硬體前端，可以改變工作頻率、佔用頻寬，並遵守無線標準，使用各種軟體算法。採用符合標準的頻段，具有廉價與高效能的。

Pedro Cruz, Nuno Borges Carvalho,and Kate A. Remley , ” Designing and Testing Software-Defined Radios” , IEEE Microwave Magazine, pp.83-94, June 2010


SDR 的概念是西元 1995 年由 J.Mitola 首次發表。他建議建立一個電台，無線電通信必須能完全適應，可以運用在多個地方。

SDR 前端子系統組成用於大多數收發器上：調變器、解調器、變頻器、功率放大器 (PA)和低噪聲放大器 (LNA) 。



SDR ：一個訊號從天線端口被路由到一個低噪聲放大器 (LNA) ，通過一個循環被數位化。一個個數字被調整格式及 DSP 處理後，完成解條和解碼。



本篇論文， SRD 接收機前端首先給一個簡單的幾種構造，然後發射器前端進行了幾個可能的分析。最後討論的方法，可用於改善放大器的效率。



軟體無線電接收器的架構 (A)

超外差接收機的射頻訊號接收，向下過濾和放大轉換為中頻地方再次過濾和放大。然後透過訊號轉換正交解調到基帶，每個 I 、 Q 過濾放大並轉換到數位。



軟體無線電接收器的架構 (B)

零中頻架構，其中的的射頻訊號進行濾波、放大，並直接降頻轉換至基帶正交解調器，之後過濾、放大和數位化。



軟體無線電接收器的架構 (C)

帶通取樣接收機中的訊號透過取樣與保持電路(sample-and-hold circuit) 進行濾波、放大，通常是 ADC 的一部分。該訊號混合到奈奎斯特區 (Nyquist zone) ，透過 ADC 數位化處理。



fc是載波頻率， fs是取樣頻率， RF 帶通濾波器訊號必須降低所有訊號能量 ( 噪音 ) ，否則會失真，除了奈奎斯特區以外。

如果不過濾，訊號能量會連同所需要的訊號產生訊號雜訊比 (SNR) 。


S 代表所需的訊號功率， Ni 和 No 在頻內和頻外雜訊， n 是奈奎斯特區。



無線電發射器的架構透過幾種發射器架構應用 SDR 系統。發射器不

僅是功率放大器 (PA) ，在其他電路元件統稱前端。該設計的 PA 是其中最具挑戰性的發射器，具有高範圍影響。



無線電發射器的架構 (A)

超外差發射器中的 I / Q 數位訊號轉換到低通濾波器和調成的中頻，然後訊號放大、過濾，變頻至 RF 的地方進行過濾和放大，然後再被傳送出去。



無線電發射器的架構 (B)

直接轉換 I / Q 數位訊號傳遞到 DAC 過濾，然後調成所需的 RF 頻率。之後，射頻訊號經由功率放大器進行濾波和放大。



功率放大器射頻功率放大器所使用的是 class A ,class AB 或

class B 。壓縮區域效率最高時，是 class D , class E, class F 運作，高效率的功率放大器工作在一個強烈非線性模式。



卡恩放大器 (Kahn) 的射頻輸入訊號被分為兩個分支。其一是一個延遲和恆定封蓋的射頻載波相位信息。另一支線是訊號經過偏壓控制電路 (Bias Ckt) ，然後應用到汲極電壓的射頻功率放大器。



一個 class-S 功率放大器產生的脈衝寬度調成訊號施加在輸入端，該電路在低電位或帶通濾波之後，輸出產生一個基帶訊號或射頻訊號。



極座標發射器Class-S 的放大器用來改變偏置電壓 VDD ，是

高功率的射頻放大器。恆定封蓋 (constant-envelope) 的相位調變 (phase-modulation) 訊號產生，然後經由 DSP 變頻，應用到射頻功率放大器。射頻功率放大器始終保持飽和，提供高效率。



極座標發射器



測試 SDR

測試和測量 SDR 系統。關鍵概念是一個混合域測量技術，主要是推動 ADC / DAC盡可能接近天線，利用模擬方式和數位訊號，從射頻系統中找出少量訊號。



測試 SDR

測試儀器採用軟體無線電發射器，由幾個儀器組合起來。邏輯分析儀取得 DSP輸出的數位訊號進行處理，訊號至 DAC 和低通濾波器 (LPF) 轉換，再經由示波器模擬訊號進行分析，最後頻譜分析儀 / 矢量訊號分析儀模擬射頻訊號。



測試 SDR



測試 SDR

任意波形產生器和示波器用於模擬訊號輸入到DUT 。邏輯分析儀用來測試成品的輸出訊號，參考訊號和觸發訊號同步輸入與輸出測量。都由電腦進行控制，使用通用介面匯流排 (GPIB) 連接。



測試 SDR



SDR 的輸出與 WiMAX 前端的測量結果



使用 64-QAM 調頻，對WiMAX 的輸入和輸出作比較


結論提出接收器和發送器都可以用在 SDR 的前

端。討論了每個優缺點，一個設計良好的架構，為多頻多模接收器應優化現有的硬體資源分享和利用軟體控制裝置。並非每一個接收器架構都有此功能。


心得軟體無線電 (SDR) 比一般的射頻技術用途更廣，不僅可以滿足不同的需求，且更有效率的變動測試。在測試方面，可能包含了許多儀器電路，例如：功率放大器、 DSP 、濾波器、混波器、 DAC/ADC等。運用的用途相當廣，在未來相信有更多的發展空間。

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