前言
在过去几十年里,无线电接收机技术的稳步前进使无线电终端变得体积更小、功能更加强大。20世纪50年代晶体管的发展使之代替了笨重的电子管,大大减轻了接收机的重量。利用更轻的晶体管,工程师们在20世纪后半叶不断努力,用数字部件代替无线电接收机的每一个模拟部件。例如,模拟锁相环由线性乘法器、压控振荡器和电阻电容(RC)环路滤波器构成,现在则由数字乘法器、数控振荡器和数字滤波器构成的数字锁相环所代替。那些年里,数字技术的范围被不断向前推进,一直到达接收机的前端,最终在20世纪90年代诞生了全数字接收机。这种接收机将中频信号直接转换为数字采样,因此所有处理全部以数字方式完成。
完全以数字方式工作,无线电接收机变得更加灵活,因为环路带宽、增益、数据速率等在数字域更容易调整。这种能力不断增加的可重新配置的无线电接收发展成为目前所谓的软件无线电(SDR)接收机,或称智能(cognitve)无线电接收机,几乎无线电接收机的所有方面都是可再定义的。SDR接收机的第一个例子是美国国家航空航天局的Electra无线电接收机,其基带处理完全用一个可重新配置的现场可编程门阵列(FPGA)实现。实际上,对该SDR进行适当的再编程可以适应任何信道编码、调制和数据速率。
本书的目的及无线电接收机发展的下一步,是发展一种自主配置技术,对到达天线的任何类型的信号能够自主配置SDR接收机。我们基于所观测到的接收信号,介绍了载波频率、调制指数、数据速率、调制类型和脉冲波形的自动识别技术。上述功能通常需要SDR用户根据先验知识,在接收前进行人工配置。我们还介绍了接收机的信噪比、载波相位和符号时钟等常规估计器如何需要调制类型、数据速率等信息,同时也给出了在这些信息缺乏的情况下如何实现这些常规功能。
对上述每一种估计器,我们使用最大似然(ML)方法开发出最优的解决方案,并给出了简化的、复杂度低的近似值。如果这些最优解决方案极为复杂或难处理,我们还给出了一些特殊的估计器。最后,介绍了如何将一组估计器组成一部实用的无线电接收机。
虽然本书的书名表明书中介绍的自主无线电接收机技术是用于深空的,用来自动配置深空网(DSN)和深空中继无线电接收机,但书中的研究成果实际上是通用的。实际上,地球上任何能够处理不止一种信号的无线电接收机都可以利用本书提供的理论研究成果和算法。