数字宽带接收机特殊设计技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

作  者:(美)詹姆斯·徐(James Tsui) 著；张宏伟 等 译 定  价:79 出 版 社:电子工业出版社 出版日期:2015年07月01日 页  数:334 装  帧:平装 ISBN:9787121263798 ●第1章  绪论
●1.1  引言
●1.2  本书的目的
●1.3  建立接收机性能的需求
●1.4  完整的电子战接收机系统
●1.5  译码器设计
●1.6  方法和参考文献
●1.7  软件方法的标准
●1.8  本书的组织结构
●参考文献
●第2章  ADC前端的放大需求
●2.1  介绍
●2.2  基本的设计准则
●2.3  计算机程序的输入
●2.4  常量的产生
●2.5  方程推导
●2.6  前面程序的修正
●2.7  例子
●2.8  标称灵敏度和单信号动态范围
●2.9  为不同位数的ADC产生标称值
●部分目录

内容简介

全书主要包括四个方面的内容，一是讨论了完整接收机设计的一些细节问题；二是讨论了其他领域的一些概念在数字宽带接收机设计中的应用；三是深入讨论了数字宽带接收机第二版中部分概念的细节；四是讨论了一些特殊信号的检测问题，主要基于fm信号和bpsk信号的特性，进行两类信号的。全书的讨论中大量采用仿真结果，而不仅是基于理论的推导，从而大大增加了本书的易读性。 (美)詹姆斯·徐(James Tsui) 著；张宏伟 等 译 徐，Jarnes Tsui作为多家公司的顾问，曾就职于俄亥俄州代顿市Wright Patterson空军基地空军研究实验室传感器理事会，现已退休。工作方向主要集中在微波接收机领域。共计编写了6本关于微波接收机(包括优选定位系统(GPs)接收机在内)的专著，拥有多项专利，并在技术杂志和会议上予以出版。Tsui博士获得了“台湾地区国立大学”B．S．E．E．，Marquette大学M．S．E．E．，以及Illinois大学哲学博士学位，是AFlKL和IEEE会员。

《数字宽带接收机原理与实现》 内容梗概 本书深入探讨了数字宽带接收机的核心原理、关键技术及实际应用。全书共分为十五个章节，旨在为读者构建一个全面而系统的知识体系，从基础理论到前沿技术，覆盖了现代数字通信系统中不可或缺的接收机设计与优化。 第一章 绪论 本章首先界定了数字宽带接收机的概念及其在现代通信系统中的重要性，如无线通信、卫星通信、软件定义无线电（SDR）等领域。接着，概述了数字宽带接收机的发展历程，从早期的模拟接收机到如今高度数字化的系统，强调了数字处理技术带来的革命性进步。然后，详细阐述了数字宽带接收机的主要功能和性能指标，包括接收频率范围、带宽、灵敏度、动态范围、误码率（BER）、功耗等，并解释了这些指标之间的权衡关系。最后，对本书的结构和内容进行了预告，为读者后续的学习指明方向。 第二章 通信系统模型与信号特性 本章回归通信系统的基本理论，为理解接收机设计打下坚实基础。首先，介绍了经典的香农通信模型，分析了信息源、编码器、信道、解码器、信宿等各个环节的作用，并强调了信道特性对接收机设计的影响。接着，详细讨论了各种典型信号的特性，包括基带信号、带通信号、调制信号（AM、FM、PSK、QAM等）的数学表示、频谱特性和功率谱密度。重点分析了宽带信号的特点，如其占据的频谱宽度、对采样率和处理能力的要求。最后，探讨了信道模型，如加性高斯白噪声（AWGN）信道、瑞利衰落信道、莱斯衰落信道等，并说明了它们对接收信号质量造成的不同影响。 第三章 信号的采样与量化 采样和量化是实现数字接收机的关键第一步。本章详细介绍了奈奎斯特采样定理，解释了采样频率与信号带宽的关系，以及过采样和欠采样的后果。随后，深入探讨了采样器的工作原理，包括理想采样器和实际采样器的模型，以及它们在不同应用场景下的优缺点。量化是模拟信号转换为数字信号的另一个核心过程。本章分析了量化的基本概念、量化误差的来源以及量化噪声的特性。对比了均匀量化和非均匀量化（如μ-law和A-law）的优劣，并讲解了如何根据信号的统计特性选择合适的量化方式以减小失真。本章还介绍了过采样和噪声整形技术，它们可以有效提高量化精度，降低量化噪声的影响。 第四章 数字滤波器设计 数字滤波器在接收机中扮演着至关重要的角色，用于去除噪声、抑制干扰、选择有用信号。本章首先介绍了数字滤波器的基本分类，包括无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器，并分析了它们的区别、优缺点以及适用场景。接着，详细讲解了FIR滤波器的设计方法，包括窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗）和频率采样法。对于IIR滤波器，重点介绍了脉冲不变法、双线性变换法等从模拟滤波器向数字滤波器转化的方法。此外，本章还探讨了各类滤波器在接收机中的具体应用，如抗混叠滤波器、带通滤波器、低通滤波器、陷波滤波器以及自适应滤波器在抑制未知干扰方面的能力。 第五章 采样率转换技术 在实际数字接收机设计中，往往需要将信号的采样率进行提升或降低，以满足后续处理或不同硬件模块的要求。本章详细阐述了采样率转换（SRC）技术。首先，介绍了抽取（Decimation）的基本原理，即降低采样率，并讲解了实现抽取所需的低通滤波器和抽取因子。接着，介绍了插值（Interpolation）的基本原理，即提高采样率，以及实现插值所需的零值填充、低通滤波器和插值因子。重点讲解了多相滤波器组（Polyphase Filter Bank）在高效采样率转换中的应用，并分析了其结构和性能优势。本章还讨论了SRC在数字接收机中的应用场景，如在软件定义无线电（SDR）平台中，不同ADC采样率与所需信号带宽之间的匹配问题。 第六章 混频与下变频 混频是数字宽带接收机中将高频信号转换到较低频率以便于后续数字处理的关键步骤。本章首先回顾了混频的基本原理，包括同相/正交（I/Q）混频器的工作方式，并详细介绍了数字域中的混频实现，包括复数乘法在混频中的应用。接着，深入探讨了数字下变频（DDC）技术。DDC将射频信号通过数控振荡器（NCO）产生的本地振荡信号进行混频，并将结果通过抽取滤波器降低采样率，从而将高频信号变换到基带或零中频（ZIF）。本章详细分析了DDC的各个组成部分，包括NCO的设计和性能要求、混频器的精度、抽取滤波器的设计和级联等。最后，讨论了DDC在接收机中的优势，如简化模拟前端设计、提高灵活性和集成度。 第七章 载波同步与频率估计算法 载波同步是数字解调的关键前提，确保接收机本地振荡器的频率和相位与发射端一致。本章详细介绍了载波同步的重要性以及各种载波同步技术。首先，分析了载波频率和相位误差对解调性能的影响。接着，深入讲解了各种载波同步算法，包括基于功率谱分析的频率估计算法、基于机器学习的方法、以及在数字域中实现的锁相环（PLL）及其变种。重点介绍了M&M算法、Gardner算法等用于符号定时恢复的算法，并分析了它们在不同信噪比下的性能。此外，还讨论了载波相位估计算法，如Viterbi-Viterbi算法、Decision-Directed（DD）算法等，并分析了它们的收敛速度和鲁棒性。 第八章 符号定时同步与恢复 符号定时同步是数字通信中另一个至关重要的环节，确保接收机在每个符号周期的中心进行采样。本章详细阐述了符号定时同步的原理和技术。首先，分析了定时误差对解调性能的负面影响。接着，深入讲解了各种符号定时恢复（STR）算法，包括基于匹配滤波器的方法、基于过采样的方法（如Gardner算法、Mueller-Müller算法）以及基于Christensen-Frandsen算法。本章还介绍了如何利用训练序列或导频符号来辅助定时恢复。最后，讨论了符号定时同步的性能评估指标，以及在实际接收机设计中如何平衡算法的复杂度与性能。 第九章 信道均衡技术 信道不理想，例如存在多径效应，会导致符号间干扰（ISI），严重影响通信质量。本章专门探讨了信道均衡技术。首先，解释了ISI的产生原因和对接收信号的影响。接着，详细介绍了各种信道均衡器的设计原理和实现方法。这包括线性均衡器（如零迫均衡器、MMSE均衡器）和非线性均衡器（如MLSE，Maximum Likelihood Sequence Estimation）。本章重点分析了MLSE的工作原理，包括维特比（Viterbi）算法在MLSE中的应用。此外，还讨论了自适应均衡器，如LMS（Least Mean Square）和RLS（Recursive Least Square）算法，它们能够根据信道变化实时调整均衡器系数，提高系统的鲁棒性。 第十章 解调与译码 解调是将接收到的信号恢复为原始数字信息的过程，而译码则是对信道编码后的信息进行纠错。本章详细阐述了这些核心过程。在解调部分，首先回顾了各种调制方式（如ASK, FSK, PSK, QAM）及其对应的最优解调器（如最大似然解调器、最大后验概率解调器）。接着，重点介绍了相干解调和非相干解调的原理和区别。在译码部分，本章介绍了前向纠错（FEC）码的基本概念，包括汉明码、卷积码、Turbo码和LDPC（Low-Density Parity-Check）码等。详细讲解了Viterbi算法在卷积码译码中的应用，以及MAP（Maximum A Posteriori）算法在Turbo码和LDPC码译码中的作用。本章还讨论了软判决解调和硬判决解调的区别及其对译码性能的影响。 第十一章 软件定义无线电（SDR）中的接收机设计 软件定义无线电（SDR）是现代无线通信的重要发展方向，接收机设计在SDR中扮演核心角色。本章探讨了SDR架构下的数字宽带接收机设计。首先，介绍了SDR的基本概念和架构，包括硬件抽象层、信号处理软件层等。接着，分析了SDR接收机与传统硬件接收机的区别，强调了SDR在灵活性、可重构性和可升级性方面的优势。重点讨论了SDR接收机中关键的软件化处理模块，如数字下变频、滤波器、均衡器、解调器等，以及如何利用高性能处理器（如FPGA、DSP、CPU）来实现这些功能。本章还讨论了SDR在不同应用场景下的优势，如认知无线电、多标准无线通信等。 第十二章 接收机性能评估与优化 一个设计良好的数字宽带接收机需要进行严格的性能评估和持续的优化。本章详细介绍了接收机的性能评估方法和优化策略。首先，阐述了关键性能指标的测量方法，如灵敏度、动态范围、误码率（BER）、邻道选择性、互调失真等，并介绍了常用的测试设备和测试流程。接着，深入分析了影响接收机性能的各种因素，包括噪声、干扰、非线性失真、量化误差、数字信号处理误差等。基于对影响因素的分析，本章提出了一系列接收机优化技术，包括链路预算分析、前端低噪声放大器（LNA）的设计、混频器和ADC的选择、滤波器设计优化、信道均衡算法的改进以及功耗优化等。 第十三章 接收机中的噪声与干扰抑制 噪声和干扰是影响接收机性能的两大主要因素。本章将重点分析这些问题并提供相应的抑制方法。首先，详细讨论了接收机内部产生的各种噪声源，包括热噪声、散粒噪声、器件噪声等，并分析了它们对信号的影响。接着，介绍了外部干扰的类型，如同频干扰、邻频干扰、交调产物等。在此基础上，本章深入探讨了噪声和干扰的抑制技术。这包括选择低噪声器件、优化前端设计、使用带通滤波器进行频谱整形、采用自适应滤波器抑制未知干扰、以及利用差分信号处理等技术。本章还将讨论了空间选择性干扰抑制技术，如MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）接收机在抑制空间干扰方面的应用。 第十四章 功耗管理与低功耗设计 在许多应用场景下，如移动通信设备、便携式终端等，接收机的功耗是一个关键的设计考量。本章专门探讨了接收机中的功耗管理与低功耗设计。首先，分析了接收机中主要的功耗消耗环节，如ADC、DSP处理器、时钟电路等。接着，介绍了一系列低功耗设计策略。这包括选择低功耗的硬件器件、优化算法以降低计算复杂度、采用动态电压和频率调整（DVFS）技术、利用低功耗模式（如睡眠模式）以及优化电源管理单元的设计。本章还将讨论了在保证性能的前提下如何实现功耗的最小化，以及在不同应用场景下功耗设计的权衡。 第十五章 前沿技术与未来发展趋势 本章放眼未来，展望数字宽带接收机的前沿技术与发展趋势。首先，将介绍人工智能（AI）和机器学习（ML）在接收机设计中的应用，例如利用AI进行智能信道估计、自适应均衡、干扰预测和抑制等，以及AI在SDR平台中的作用。接着，讨论了先进的数字信号处理技术，如高效的FFT算法、并行处理技术、以及针对特定应用的专用处理器设计。此外，还将关注新型调制解调技术的演进，如高阶QAM、 OFDM（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）及其变种、以及对更高频谱效率和更大数据吞吐量的需求。最后，本章将探讨数字宽带接收机在新兴技术领域（如5G/6G通信、物联网（IoT）、雷达系统、射频识别（RFID）等）的应用前景，以及未来可能面临的挑战和机遇。 本书内容力求理论与实践相结合，通过详细的原理阐述、清晰的算法分析和典型的应用场景介绍，帮助读者深入理解数字宽带接收机的设计精髓，并能够将其所学知识应用于实际工程问题中。