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

1. 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

2. 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.2010.936493Date of Current Version: 27 5月 2010 Sponsored by: IEEE Microwave Theory and Techniques Society

3. Designing and Testing Software-Defined Radios • 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

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

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

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

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

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

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

10. Designing and Testing Software-Defined Radios • 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)。

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

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

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

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

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

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

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

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

19. Designing and Testing Software-Defined Radios • 極座標發射器 Pedro Cruz, Nuno Borges Carvalho,and Kate A. Remley , ” Designing and Testing Software-Defined Radios” , IEEE Microwave Magazine, pp.83-94,June 2010

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

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

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

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

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

25. Designing and Testing Software-Defined Radios • SDR的輸出與WiMAX前端的測量結果 Pedro Cruz, Nuno Borges Carvalho,and Kate A. Remley , ” Designing and Testing Software-Defined Radios” , IEEE Microwave Magazine, pp.83-94,June 2010

26. Designing and Testing Software-Defined Radios • 使用64-QAM調頻，對WiMAX的輸入和輸出作比較 Pedro Cruz, Nuno Borges Carvalho,and Kate A. Remley , ” Designing and Testing Software-Defined Radios” , IEEE Microwave Magazine, pp.83-94,June 2010

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

28. 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。