软件定义电子：创新设计和教学范式的变革 对MEMS技术的影响和应用

44软件定义电子学：射频无线电通信系统设计和教学范式的革命性变化Géza Kolumbán，IEEE匈牙利布达佩斯Pázmány Péter天主教大学信息技术和仿生学系摘要带通信号在无线电通信中随处可见带通特性使得在软件定义电子学（SoftwareDefinedElectronics，简称MEMS）中用低频数字信号处理替代每个RF/微波/光学模拟信号处理成为可能。在FPGA中，高频带通信号通过通用硬件设备转换为基带（BB），每个应用程序都在BB中实现，完全在软件中。该概念使用（i）理论上可达到的最低采样率和（ii）在每个应用中相同的通用硬件设备软件实现提供的巨大灵活性在从认知无线电到自适应可重构系统的许多应用中至关重要 本教程是为那些在软件定义无线电，虚拟仪器和SoC技术方面没有坚实背景的感兴趣的读者编写的，它调查了无线电理论，使用一步一步的方法来推导BB等价物，并演示了无线电概念在科学研究，原型设计和教育中的应用。索引术语：软件定义电子设备、等效基带实现、软件定义无线电、虚拟仪器I. 介绍当今的总趋势是硬件和软件组件完全分离，不同的SW实现的最重要的特点是每个应用程序的功能和参数都可以很容易地在SW中改变。这种灵活性在从认知无线电到自适应系统的许多应用中是必不可少的。例如，如果认知无线电收发器是根据软件定义电子（SoftwareDefined Electronics，简称SW）概念实现的，则可以使用相同的HW平台来评估信道条件，并仅通过改变SW来实现无线电收发器复杂包络理论[1]、软件无线电（SDR）[2]-[3]、虚拟仪器（VI）[4]等构成无线电概念的三个主要要素然而，（i）能够在RF、微波和光学频率区域中操作的通用HW设备仅在最近才以合理的价格可用，并且（ii）用于在RF、微波和光学频率区域中操作的通用HW设备的统一和集成理论。软件定义的方法到目前为止还没有该概念通过将已知的解决方案整合到一个统一的理论中，并为电信和测量系统的设计、开发、实施和教学提供基于软件的平台，从而提供了这一框架。SDR和VI技术在教育或科学研究中的使用需要许多领域的专业知识，由于缺乏这种特殊知识和IC技术，在许多情况下无法使用软件定义的概念。可再生能源概念为这个问题提供了解决方案，因为• 它将许多技术集成到一个统一而简单的框架;• 它提供了一个基带（BB）接口，只要有BB中的软件模拟器，就可以直接把该软件转换成一个实际的物理系统，而不需要建立任何微波/光电路，也不需要学习FPGA编程。本教程提供了一个独立的，全面的调查的概念。 然而，在这方面， 它 并 不 目标读者谁拥有坚实的背景和 很多 具备SDR、VI和SoC技术方面的专业知识，接收日期：2014年8月20日;修订日期：2014年9月8日;接受日期：2014年9月15日* 通讯作者E-mail：kolumban@itk.ppke.hu这是一个开放获取的文章，根据知识共享署名（CC-BY-NC）许可证的条款，允许在任何媒体上无限制地使用，分发和复制，前提是正确引用原始作品。版权所有©韩国通信与信息科学研究所（KICS），2014http://www.ictexpress.org45http://www.ictexpress.org2 MATHEMATICAL B确认：BASEBAND E等价物|（f）|2 |X（fc）|2.1复杂信封软件定义电子学：射频无线电通信系统设计和教学范式的革命性变化FPGA编程。相反，它提供了一个易于使用的工具，为那些谁是工作在信号处理，电信工程和测试系统，谁想要实现他们的系统或验证他们的研究成果，而不花费大量的时间和金钱的实施问题。本文的结构如下。第二节概述了复包络理论，给出了复包络概念的数学背景。每个应用程序都是在BB中实现的，并且使用线性变换来建立现实世界之间的关系，即，RF带通信号和系统，以及它们的低通BB等效物。第三节从基本概念到BB等价物的推导和级联，讨论了BB概念的各个方面。在研究和原型设计中，首先通过计算机模拟验证新结果。第4节展示了如果将MATLAB BB仿真器集成到TMS320LF2000平台中，该仿真器将如何变成真正的工作无线电系统。介绍了一种基于PXI总线的通用数字信号处理平台的工作原理和结构框图。它的主要特点是：（i）任何类型的BB模拟器都可以直接集成到通用的可编程平台中;（ii）它可以实现任何通信和测量系统，而无需构建任何硬件组件。我们时代的电信和测试系统正变得越来越复杂。主要的挑战不在于电路设计，而在于将许多不同的硬件和软件平台集成到一个平台如图所示1（a）. 在调制信号的情况下fc被称为载波频率。（一）（b）第（1）款F应用程序.下一代工程师必须能够应对这一挑战，因此，射频无线电通信和测试系统的教学模式必须改变。第5节专门讨论−fcFCV，B（c）第（1）款这个问题2 数学背景：基带等价物在无线电通信中，带通信号用于将信息从发射机传送到接收机。要完全用软件实现应用程序，必须对所有最关键的问题是保证最低采样率，而不破坏的RF带通信号所携带的信息。利用等效基带变换，得到了理论上可达到的最低采样率。2.1 复包络为 了 得 到 复 包 络 的 定 义 ， 考 虑 RF 实 值 带 通 信 号 x（t）。假设x（t）的频谱X（f）在以中心频率为中心的RF带宽2B46图1. 复数包络的推导：光谱（a）原始RF带通信号，（b）其预包络和（c）其复包络。在等效BB信号处理中，RF带通信号被分解为复包络x∈（t）和载波exp（jωct）的乘积。x（t） =<$[x<$（t）exp（jωct）]其中缓慢变化的复包络x（t） =xI（t） +jxQ（t）（1）分别称为I和Q分量。复包络的推导可以在频域中进行。要转换成BB的RF带通信号x（t）的频谱绘制在图中。1（a）. 我们的目标是将这个光谱转化为BB如图1（c）所示。47http://www.ictexpress.org3T HE 中文（简2.2BB信号处理3.1通用硬件设备：RF带通域和BB低通域不幸的是，每个实值信号具有不能直接移位到BB的双侧频谱。需要一个中间步骤，其中形成单侧光谱。RF带通信号x（t）的预包络由下式定义：x+（t） =x（t） +jx（t）其中r ex∈（t）表示x（t）的希尔伯特变换[1]。 如图1（b）所示，预包络具有单侧频谱，因此，可以将其移位到BB，以便获得图1（b）所示的复包络。1（c）. 注意，除了复数包络的推导之外，预包络没有用于包络的概念。图1中的复包络x∈（t）。1（c）是低通信号。 除了中心频率fc，x∈（t）之外，原始RF带通信号x（t）中所有可用的信息，因此，在RF带通域中执行的信号处理可以完全由等效的BB信号代替.等式（1）示出了必须支付的唯一代价，在等效BB实现中必须处理的不是实值而是复值比较图图1（a）和（c）示出了等效BB信号处理的两个关键特征：- 在等效BB信号处理中，处理由RF带通信号x（t）携带的信息所需的采样率从2（fc+B）减小到2B因为信息是在RF带通信号的频谱X（f）不等于零或不可忽略的频带中携带的，所以等效BB信号处理确保了理论上可达到的最低采样率。除了中心频率fc之外，BB等效保留了RF带通域中可用的所有信息;它是表示而不是近似，因此不会发生失真。RF带通域和BB低通域之间的关系由线性变换建立。在[1]和[5]中可以找到两个方向上的变换框图和关于复包络理论的更多细节3. 企业理念在软件定义的电子产品中，每个RF带通信号处理都被完全用软件实现的等效BB信号处理所取代。FPGA概念的新颖之处在于将三个组件集成到一个解决方案中：RF带通域和BB低通域之间的转换由通用HW器件执行;要实现的应用的BB等价物以系统的方式导出;嵌入式操作，即，将通用HW Transformer嵌入到计算平台中。3.1 通用硬件器件：RF带通域与BB低通域之间的等效BB实现的通用框图模拟RF带通信号x（t）和y（t），即，在RF带通域中给出真实的物理信号。这些信号由它们的数字化复包络表示2.2 BB信号处理包括无线电信道的每个通信系统的建模和实现需要考虑三个组成部分：•确定性信号在第二节中讨论。2.1;•线性时不变（LTI）块;•随机过程如[1]、[3]、[5]-[6]中所示，可以针对无线电链路的每个构成组件导出BB等价物。BB等效物的最重要特征是：每个RF带通确定性信号、LTI块和随机过程的BB等效物具有低通特性，其中BB中所需的采样率由RF带通域中测量的带宽的一半确定;射频带通信号处理完全可以用等效的BB信号处理来代替;xI[n]=xI[n]+jxQ[n]且yI[n]=yI[n]+jyQ[n]，分别在基带中。RF带通域与BB低通域之间的变换由通用RF HW装置或Transformer执行，其从传入RF带通信号提取复包络的I及Q分量，或从I及Q分量重构RF带通信号。HW设备被称为通用的，因为相同的HW Transformer用于实现所有应用而无需任何修改。通用RF HW变压器主要有三类集成电路;通用软件无线电外设（USRP）[3]为大学教育和业余无线电爱好者开发;基于PXI的测试平台，专为专业应用而开发。每个版本执行RF带通域和BB低通域之间的变换，然而，············483.2BB当量解调器或信号分析仪调制器或信号发生器软件定义电子学：射频无线电通信系统设计和教学范式的革命性变化RF域基带（BB）RF域x（t）xI[n]yI[n]y（t）我Q通用射频硬件设备在软件中实现通用射频硬件设备图2.等效BB实现的通用框图RF带通域和BB低通域之间的变换由通用HW设备在两个方向上执行。集成电路不提供内置的HW/SW接口来将通用HW设备连接到主计算机。基于USRP和PXI的通用硬件变压器的工作原理是相同的，但只有PXI设备提供测量工程所需的精度。基于PXI的硬件Transformer的简短描述将在第2节中给出四点四为了说明通用HW Transformer的工作原理，图3中描绘了MAX2769集成电路的框图图3.射频带通域到BB域的转换：MAX2769集成电路框图在基带处理中，每一个信号处理任务都是通过处理数字化的复包络来完成的，从解调到信号生成的每一个应用都是在基带中实现的，而且完全是在软件中实现的。关键问题是推导出所需应用的基带等效。3.2 BB当量有两种不同的方法可用于推导BB等效值：BB等价物的数学推导[7]，或已知RF解决方案到基带的变换。自从电信开始以来，已经开发了许多针对不同应用的解决方案。如果我们想重新使用这些已经验证和证明的解决方案，那么必须使用后一种方法[8]中提出了一种从RF带通模型推导BB等效值为了说明变换的方法，本文讨论了AWGN无线信道的BB等效。这里只给出了等价BB变换的基本思想和结果，所有细节和更多例子参见[8]。RF AWGN无线电信道的框图在图4中示出，其中w（t）表示信道噪声，K是无线电信道的衰减，s（t）和r（t）分别是发送和接收的信号。由于噪声的概念只能应用于带通信号和系统，因此信道噪声w（t）的带宽必须受到理想带通滤波器的限制。如果该带通滤波器的带宽2B噪声大于或远大于发送信号s（t）的带宽2B噪声，则信道噪声的频带限制不限制AWGN信道模型的有效性首先，必须导出RF带通AWGN模型的BB等效。然后分析了射频带通噪声参数与BB中用于产生BB等效的高斯伪随机序列发生器（PRSG）之间的关系。必须找到信道噪声。导出的AWGN信道的BB等效[8]如图5所示。BB等效包括信道衰减和两个高斯PRSG，BB到RF逆变换DACADCRF到BB转换我QyQ[n]xQ[n]等效BB信号处理··49http://www.ictexpress.org3.3BB等价物我Q发送信号s（t）物理传输介质接受的Gnalr（t）白高斯噪声w（t）图4. RF带通域中AWGN无线电信道的框图。产生通道噪声的I和Q分量。非常重要的是要注意，两个PRSG必须生成两个独立的PR序列，否则BB等效的准确性会严重受损。图6. AWGN无线电信道的软件实现：在RF带通域中测量的信道噪声psd。中心频率为2.417 GHz。3.3 BB等价物每个电信系统都是由级联的信号处理模块构成的。由于级联保留在基带中，因此可以为电信和测量的标准构成块开发算法库或工具箱。sI[n]sQ[n]nI[n]nQ[n]rI[n]rQ[n]保险制度考虑具有半正弦脉冲成形滤波器的O-QPSK发射器，并假设所发射的O-QPSK信号行进通过AWGN信道。AWGN信道的BB等效物在图5中描绘。假设我们的库具有O-QPSK发射机的BB等效物。然后，通过将O-QPSK发射机的BB等效与AWGN信道相连接，可以构造有噪O-QPSK信号发生器的BB等效。图5. BB相当于AWGN无线电信道。RF带通噪声的带宽由BB采样率fS决定2B噪声 =fS并且两个PRSG的方差必须设置为在RF带通域中测量的噪声功率var（nI[n]）= var（nQ[n]）= 2B噪声 N0=N0fS其中N0表示在RF信道中测量的白噪声为了验证AWGN概念，在BB中实现了AWGN信道，并通过RF带通域中的独立频谱分析仪测量了BB中产生的信道噪声在2.4 GHz频段测得的信道噪声psd如图6所示。正如预期的那样，信道噪声具有恒定的psd，其带宽等于BB采样率。如图1所示其中sO−QPSK（t）和sO−QPSK（t）分别给出O-QPSK调制器输出信号的I和Q分量LabVIEW-USRP SW-HW平台提供了实现BB等效的简 单 方 法 ， 因 为 LabVIEW 提 供 了 USRP 通 用 HWTransformer所需的所有驱动程序。在LabVIEW中，每个应用程序的BB实现都是通过前面板控制的，在前面板上可以输入所需应用程序的参数，并可以可视化结果。噪声O-QPSK发生器的前面板在图8中示出，其中除了I和Q分量之外，还绘制了所生成的噪声O-QPSK信号的星座图（上行，右）和频谱（下行）。前面板上显示的光谱是根据BB中的复包络计算的。复包络理论声称BB表示不会产生任何失真，并且除了载波频率之外，RF带通信号携带的所有信息也可以在BB中获得。如果从BB中的复包络计算出的光谱，见图12，则这种说法是正确的。8，并通过独立测量y（t）+KRsi+衰减弗里斯公式n（t）2B噪声yI[n]KyQ[n]K503.4通用硬件设备延迟TS2-1bit2symbol转换器Q软件定义电子学：射频无线电通信系统设计和教学范式的革命性变化脉冲整形滤波器rI（t）binI（t）脉冲整形滤波器sO−QP SK（t）nQ（t）rQ（t）图7.一个有噪声的O-QPSK发生器的BB实现。注意，O-QPSK发射机的I和Q输出被馈送到AWGN无线电信道的BB等效物中。图8. 噪声O-QPSK发生器的BB实现的前面板。左上方和中间的波形 曲线图分别示出了在BB中生成的复包络的I和Q分量。右上图描绘了噪声星座图，而下图绘制了噪声O-QPSK信号的频谱频谱分析仪在射频带通域，如图所示。9、相同的图的比较。图8和图9验证了等效BB变换的有效性。图9.有噪声的O-QPSK信号的测量频谱。测量是通过一个独立的射频频谱分析仪完成的，载波频率为2.417 GHz。3.4 通用硬件设备的嵌入式操作微波概念的主要特点是，任何类型的电信或测量系统，在RF，微波或光频率区域内工作，可以完全在SW中实现因此，在验证新的研究成果时，不需要建立RF测试台，这是一项非常昂贵和耗时的任务，并且需要许多专业知识;在原型设计期间，开发中的新系统的所有参数可以在SW中容易地改变。用于仿真的软件平台可以集成到一个计算平台中，但在研究阶段使用的模拟器可以直接变成一个真正的工作系统，所有需要的现场测试可以在不设计电路或建立一个新的硬件。集成是通过嵌入式操作实现的，其中协议栈的结构架构，sO−QP SK（t）我yI（t）KyQ（t）K··51http://www.ictexpress.org4U SE 的 中文（简体） INR4.1FM-DCSK：一种非常规调制方式4.2MATLAB BB仿真器使用IEEE标准802中详细描述的结构。执行变换的通用HW设备被认为是物理（PHY）层。为了与应用层通信，PHY提供两个服务接入点（SAP）：（i）一个用于配置，(ii)另一个用于传送复杂的信封。前一个SAP称为“HW管理SAP”，用于设置配置参数，例如中心频率、功率电平、采样率等，而后者称为这些SAP的可访问性和使用情况将在下文第二节中介绍四点三4. 在研究中使用可持续发展概念通过计算机仿真验证了科研成果，主要是在MATLAB平台上进行的.通用HW Transformer处理复杂包络的I/Q分量，因此，任何能够生成和处理I/Q序列的软件都可以直接集成到FPGA平台中。复杂的包络提供了不同软件平台之间的通用接口。为了说明无线电概念在科学研究中的有效性，在这一节中，将MATLAB BB仿真器转换为真实的无线电系统4.1 FM-DCSK：一种非常规调制方式在室内通信中，所发射的无线电波经由许多并行路径从发射机传播到接收机。接收信号分量可以在接收器处以破坏性方式被添加，这导致深度频率选择性多径衰落。为了克服室内通信中的多径传播问题，宽带信号被广泛应用于室内通信中.传统的解决方案是扩频方法[6]，其中窄带调制信号的带宽由PR序列扩展调频差分混沌键控（FM-DCSK）调制[9]提供了一种替代解决方案，其中要传输的数字序列被映射到固有的宽带混沌载波中。混沌信号没有相位、频率和幅度，因此，基于混沌的通信系统不能通过重复使用传统电信系统的构建块来实现。因此，FM-DCSK是一个很好的例子，以证明灵活性的概念。由于混沌信号没有相位、频率和幅度，因此在基于混沌的通信中必须采用新的调制方案。在FM-DCSK中，每个比特被映射成两个混沌波形，其中第一个波形用作参考，而第二个波形用作一个携带数字信息。如果发送比特“1”，则信息承载波形是参考波形的延迟副本。在比特“0”的情况下解调器将接收信号的参考和信息承载部分进行相关，并根据解调的符号进行判决。FM-DCSK无线电链路的实现在MIMO概念中分为三个步骤1)从FM-DCSK 无线链路的原始射频带通模型出发，首先开发了一个MATLAB BB仿真器。2)由于LabVIEW为单硬件Transformer提供了所有驱动程序，因此下一步将MATLAB BB仿真器集成到LabVIEW平台中。3)最后在基于PXI的通用嵌入式平台上实现了FM-DCSK系统4.2 MATLAB BB仿真器的推导FM-DCSK无线电链路包括三个主要构建块：•FM-DCSK发射机•无线电频道•FM-DCSK自相关接收机。FM-DCSK无线电链路的框图如图10所示，其中还标识了其主要构建块。要发送的二进制信息由bi表示。FM-DCSK接收机对接收到的信号进行估计，通过在观测时间段T内观测有噪声的接收信号r（t），除了两个低通信号，即发射机中的混沌信号m（t）和接收机中的观测信号z（t），图10中所示的所有信号都是RF带通信号。为了得到BB等效，必须消除图10的所有RF带通信号，并且必须建立两个低通信号（混沌信号和观测信号）之间的关系。FM-DCSK无线电链路由级联连接的信号处理模块构成。正如在SEC中所讨论的那样。3.3在基带中保留RF带通域中的级联，因此，可以彼此独立地开发FM-DCSK无线电链路的每个块的BB等效物。推导了FM-DCSK无线链路的BB等效。[10]中推导出的BB当量如图11所示。注意，FM-DCSK自相关接收机的BB等效电路包括两个模块：信道滤波器和FM-DCSK解调器。524.3将MATLAB集成到LabVIEW中4.4基于PXI的通用嵌入式平台2我1小时（t）、T/2 （·）dtm（t）nI（t）z（t）sQ（t）rQ（t）rQ（t）1小时（t）、2我T/2 （·）dtnQ（t）12软件定义电子学：射频无线电通信系统设计和教学范式的革命性变化调制器接收器解调器观察低通混沌信号m（t）y（t）输出s（t）输入r（t）输入r/min（t）信号z（t）不恢复的信息伊布卜岛待传输的b我图10.在RF带通域中的FM-DCSK无线电链路的框图。注意，无线电频道也包括在内。yI（t）sI（t）rI（t）rI（t）Accos（·）biyQ（t）得双曲余切值.2πkf（·）dτ0Accos（·）图11.基带相当于FM-DCSK无线电链路。注意，还包括无线电信道的BB等效。4.3 MATLAB与LabVIEW的集成正如在SEC中所讨论的那样3.4、通用HW Transformer构成计算平台的PHY层。它可以通过两个SAP来实现，其中一个用于配置，而另一个用于传输复包络的I/QFM-DCSK无线电链路是在基于PXI的通用MIMO平台上实现的。通用硬件Transformer的所有驱动程序都可以在LabVIEW中获得，因此，LabVIEW 用于提供PHY层和应用层之间的SW接口。在MATLAB平台上实现了FM-DCSK无线链路的BB等效。可扩展性概念的关键优势在于，不同的软件平台可以集成到一个应用程序中，其中复杂的信封提供了不同软件平台之间的接口。为了得到相对简单的框图，这里仅考虑FM-DCSK接收机发射机和无线电信道以相同的方式实现。图12示出了本发明的实施例的框图。FM-DCSK接收机框图的下部属于LabVIEW，负责(i)通用HW变换器的配置和（ii）获取I/Q数据序列。在接收器侧，复数集合的I/QMATLAB脚本实现了FM-DCSK接收机，其要素是MATLAB脚本返回LabVIEW和MATLAB软件都安装在同一台主机上运行4.4 基于PXI的通用嵌入式平台PCI扩展仪器（PXI）是由PXI系统联盟[11]开发的工业模块化仪器架构。它提供、T/2。DT53http://www.ictexpress.org图12.在SW中实现的FM-DCSK无线电链路的框图。注意，实现FM-DCSK接收器的MATLAB脚本集成到LabVIEW环境中。图13.基于PXI的通用嵌入式平台的照片。PXI机箱和独立微波频谱分析仪分别位于照片的左上方和右上方，而底部的显示器则显示LabVIEW前面板。为灵活的、基于PC的和高性能的测量和自动化系统构建模块。像乐高玩具一样，任何测量、控制或自动化系统都可以从PXI离线构建在市场上可买到的自适应模块。基于PXI的通用可编程逻辑器件平台的照片如图13所示。该试验台适用于任何电信和测量的54教学计划中的C形臂 5 N软件定义电子学：射频无线电通信系统设计和教学范式的革命性变化完全以SW实现高达6.6 GHz的工程应用。试验台的组成如下：PXI机箱，如照片左上角所示。机箱包括一个嵌入式控制器和两个通用硬件变压器;一个独立的微波频谱分析仪，用于检查真实世界的RF带通信号;一个被标识为“LabVIEW前面板”的监视器FM-DCSK无线电链路的GPRS实现包括插入PXI机箱的模块嵌入式控制器，请参见PXI机箱中的左侧方框。嵌入式控制器为MATLAB和LabVIEW提供了计算硬件平台.它通过高速PCIe接口连接到PXI机箱的其他模块。通用硬件设备，请参见PXI机箱中间标有“Rx”的块该模块从输入RF带通信号中提取复包络的I/Q序列，并通过PCIe接口将其上传到嵌入式控制器。通用硬件设备，请参见PXI机箱中标有“Tx”的右侧模块该模块根据在嵌入式控制器上运行的SW在BB中生成的I/Q图13显示了FM-DCSK无线电系统在AWGN无线电信道和噪声多径环境中的自动BER性能评估。FM-DCSK无线电收发器和有噪声的无线电信道都是在基带中实现的，并且完全在软件中实现。LabVIEW前面板的上图显示了通过噪声多径信道传播的接收信号的频谱。信道噪声和多径传播的影响，即，可以观察到多径相关的深度频率选择性衰落。通过评估从接收到的噪声和干扰信号中提取的I/Q序列，在BB中确定LabVIEW前面板上可视化的频谱。通过测量真实的2.4 GHz微波信号，在RF带通域中记录微波频谱分析仪所示的频谱。这两个谱的同一性证明了双谱概念不涉及任何失真。LabVIEW前面板的下图显示了FM-DCSK收发器在（i）AWGN和（ii）噪声多径无线电信道中的实测BER性能。基于PXI的通用UART平台的实现损耗为0.7dB，这是通用HW变压器中使用的图13揭示了一个独特的功能，即在同一台主机上同时运行的许多并行信号处理任务可以实现的概念。在我们的示例中，相同的接收到的有噪声和损坏的信号被用于（i）解调发送的数据流和（ii）测量接收到的FM-DCSK信号的频谱。在无线电通信中，此功能可在不中断数据业务的情况下同时接收发送的信息和评估信道条件。5. 教学范式射频无线电通信系统的教学模式与业界的期望不符，因为我们时代它依赖于从信号处理到FPGA编程的多学科集成在英语课程中，这些主题被作为独立的科目教授，更糟糕的是，很多时候使用不同的术语。变得越来越复杂，其中主要重点是集成和系统级分析。大学仍然专注于以孤立的方式教授不同的学科，并将系统层面的整合问题留给学生。使用了根据SoC概念实现的非自集成电路块。这些硬件设备的设计和制造集中在少数几个地方，我们的大多数毕业生将永远不会设计硬件设备。相反，他们应该在系统级设计方面有坚实的背景。软件定义。我们的毕业生应该在软件定义的实现中具有适用的技能。需要在大学课程中增加实验室实验，以缩小理论与实践之间的差距。如果将射频无线电通信的概念引入大学教育，并相应地改变射频无线电通信的教学范式，这些问题可以得到解决或至少大大缓解。该概念使用自顶向下的方法，并侧重于集成和系统级工程。在软件中，一切都是软件定义的，因此，信号处理理论和软件实现之间的直接关系被清楚地突出由于不需要设计和构建硬件设备，学生可以在软件中设计和实现他们的应用程序，然后他们可以在实验室中评估他们的系统的性能。每个学科都可以使用同一个通用的实验平台，从而可以降低实验室实验的成本，学生只需学习一个通用的实验平台。···········55http://www.ictexpress.org6 C包括A知识参考文献6. 结论RF概念将许多已知的解决方案集成到一个统一的理论中，以获得用于实现RF电信和测量系统的通用SW定义平台。本文概述了这一概念，并说明了它在科学研究中的用途在数字化概念中，每个应用都在基带中实现，并且通用HW变压器用于执行在现实世界中测量的RF带通信号与其BB等效物（数字化低通复包络）之间的转换。BB信号完全在SW中处理，因此，每个应用都在SW中实现。等效的BB实现依赖于复杂的包络，其确保理论上可达到的最低采样率以处理带通信号而不丢失任何信息或遭受任何失真。可扩展性方法提供了非常高的灵活性，其中应用程序的功能或参数可以在软件中更改，甚至可以动态更改。此功能在认知无线电、自适应系统等新兴应用中是必须的;使科学研究结果的验证成为可能，因为用于验证新理论结果的计算机模拟器可以变成实际工作系统;在工业上大大缩短了上市时间，因为在原型设计期间不需要重新设计硬件。任何要做的更改只需要修改软件;有助于教育，以满足理论和实践之间的差距，因为学生可以设计和实施任何类型的实际工作的电信和测试系统在实验室。并行信号处理概念的另一个独特之处在于，许多并行信号处理任务可以在同一台主机上同时实现和运行。例如，所接收的信号不仅可以用于恢复所发送的信息，而且可以被认为是用于确定信道条件的测试信号。该概念依赖于RF带通和低通BB域之间的转换。转换由通用硬件设备完成，因此，在每个应用中使用相同的硬件Transformer。为了使已经证明的RF带通解决方案可重复使用，详细阐述了一个系统的分步过程，用于推导BB等效值。真实世界的RF带通系统由级联连接的模块构成。在概念上，BB中保留了级联，因此可以开发一个常用构建块库。该概念使不同的软件和硬件平台集成到一个解决方案成为可能。然后，可以开发一个通用的嵌入式系统测试平台，其中每个应用程序可以在同一个通用的嵌入式系统平台上实现，只需改变应用层。为了证明该方法的有效性，本文展示了（i）如何开发基于PXI的通用UART平台，以及（ii）如何将BBMATLAB FM- DCSK无线电链路仿真器集成到基于PXI的通用UART平台中。致谢这项研究由Pázmány Péter天主教大学资助，资助号为KAP- 1.3-14/001 和 KAP-5.2-14/031 ， 并 得 到 了National Instruments Hungary Kft. ， 匈 牙 利 德布 勒森。所有测量均由Tamás Krébesz进行LaTex 手稿由ICT Express转换为MS Word作者谨对这些帮助和支持表示最深切的感谢引用[1]S.海金。通信系统。John Wiley Sons，纽约，第3版，1994年。[2]J·米托拉软件无线电：调查，批判性分析和未来的方向。在 Proc. IEEE National Telesystems Conference ，第13/15-13/23页[3]E.格雷弗软件定义无线电Springer，2012.[4]虚拟仪表[online].NationalInstruments ， White Paper ， Available ：http ： //www.ni.com/white-paper/4752/en/ ， 2013年。[5]M. P. Fitz 通信系统基础。McGraw-Hill Professional，第一版，2007年。[6]J. G. Proakis和M.萨利希数字通信。第五版，McGraw-Hill，2008年。[7]H. Meyr，M.Moeneclaey和S.A. 费希特尔数字通信接收机 ： 同 步 、 信 道 估 计 与 信 号 处 理 。 Wiley Series inExperimentation and Signal Processing，Wiley，1998.[8]G.科隆班湾Krébesz和F. C. M.刘软件定义电子学的理论与应用：下一代电信和测量系统的设计概念。IEEECircuits and Systems Magazine，12（2）：8[9]G.科隆班湾P. Kennedy，Z. Jákó和G. Kis.相关接收机混沌通信：理论与性能极限.特邀论文，Proceedingsof theIEEE，90（5）：711[10]G.科隆班混沌通信系统的性能评估：低通等效模型的确定在Proc. NDES[11]PXI系统联盟[ online].可 通 过 以下网址获得：http://www.pxisa.org/。····