【正文】 軟件無線電信道處理的DSP實現(xiàn)摘要 軟件無線電（SDR）作為一種新的無線通信概念和體制近年來浮出水面,日益受到國內(nèi)外相關(guān)通信廠商的重視。它使得通信體制具有很好的通用性、靈活性和可配置性,并使系統(tǒng)互聯(lián)和升級變得容易。軟件無線電的基本概念是把硬件作為無線通信的基本平臺，把盡可能多的個人通信功能用軟件實現(xiàn)，是一種用軟件來實現(xiàn)物理層連接的無線通信設(shè)計。本文重點研究了軟件無線電中不同信道的處理技術(shù),其技術(shù)關(guān)鍵在于構(gòu)建不同頻段的數(shù)字濾波器，通過濾波器進行不同信道信息的接收處理。在建立軟件無線電信道模型的基礎(chǔ)上,利用MATLAB實現(xiàn)多階FIR濾波器的設(shè)計,并將算法移植到DSP軟件設(shè)計當中, 并構(gòu)建基于DSP的硬件平臺，使算法在硬件平臺的運行結(jié)果達到軟件無線電的信道處理要求。通過本課題的研究，掌握軟件無線電信道的DSP實現(xiàn)方法，重點研究軟件無線電中的信道處理算法，通過仿真，選擇合適的濾波算法，并構(gòu)建基于DSP的硬件平臺，使算法在硬件平臺的運行結(jié)果達到SDR的信道處理要求。關(guān)鍵詞：軟件無線電 信道 數(shù)字信號處理 FIR濾波器SDR Channel　Processing　Based　On　DSPAbstract The basic concept of software radio is that hardware is the basic platform of wireless munication. More and more function of personal munication is realized by radio is the design of wireless munication which realizes the hardware connection by software. The papermainly studies the processing technique of different channels in SDR (Software Defined Radio). The key technique is to design digital filters of different frequency bands to receive the information of different channels. Based on founding the model of SDR channel processing use MATLAB to realize the design of FIR filters by setting different parameters and transfer the arithmetic to DSP software design. After that use CCS to simulate the FIR filter. The effect can reach the demand of channel processing for SDR.Key words SDR channel DSP FIR filter引言以現(xiàn)代通信理論為基礎(chǔ),以數(shù)字信號處理為核心,以微電子技術(shù)為支撐的軟件無線電自從1992年由JooMitola提出以來,在最近幾年取得了引人注目的進展,引起了包括軍事通信、個人移動通信、微電子以及計算機等電子領(lǐng)域的巨大關(guān)注和廣泛興趣。軟件無線電作為一種新的通信系統(tǒng),它是由硬件平臺和各種功能模塊組成,不同的通信功能采用更新軟件的方式加以實現(xiàn)。人們普遍認為軟件無線電將使無線通信、甚至整個無線電領(lǐng)域產(chǎn)生重大變革,并由此推動電子信息技術(shù)的快速發(fā)展,最終在全世界范圍內(nèi)形成巨大的軟件無線電產(chǎn)業(yè)市場,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益、推動社會和技術(shù)的進步。本論文重點研究了軟件無線電中不同信道的處理技術(shù),其技術(shù)關(guān)鍵在于構(gòu)建不同頻段的數(shù)字濾波器及進行不同信道信息的接收處理。首先分析了軟件無線電中的采樣定理、數(shù)字濾波器理論、不同頻段FIR濾波器的設(shè)計方法。在此基礎(chǔ)上,利用Matlab完成了FIR濾波器的設(shè)計,進行了濾波器的檢驗,并在DSP芯片TMS320VC5509為核心的信號處理實驗平臺下,利用CCS集成開發(fā)環(huán)境對FIR濾波實驗進行了仿真,對不同參數(shù)濾波效果進行評估,提出了基于DSP硬件平臺的軟件無線電信道處理方法。軟件無線電的核心思想是構(gòu)建一個采用數(shù)字無線電技術(shù)的通用硬件平臺,通過實時的軟件控制,用戶能定義該平臺的工作模式,包括工作頻帶、信號速率、調(diào)制方法、多址方式、接口協(xié)議、業(yè)務(wù)種類等,從而使一個硬件平臺能實時地轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌夹g(shù)標準的通信系統(tǒng)。通過本課題的研究，掌握軟件無線電信道的DSP實現(xiàn)方法，重點研究軟件無線電中的信道處理算法，通過仿真，選擇合適的濾波算法，并構(gòu)建基于DSP的硬件平臺，使算法在硬件平臺的運行結(jié)果達到軟件無線電的信道處理要求。對課題“軟件無線電信道處理的DSP實現(xiàn)”的研究背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了廣泛的調(diào)查研究，對課題設(shè)計所涉及的關(guān)鍵技術(shù)有了較為深刻的認識，計劃并最終明確了課題應(yīng)該完成的任務(wù)，設(shè)計出合理的思路，研究可行的手段，直至完成論文。通過此次設(shè)計，加深了對軟件無線電的了解，提高了自己DSP對系統(tǒng)設(shè)計的能力，并不斷提高自己閱讀中外文獻、獨立思考和理論轉(zhuǎn)化為實踐的能力。第一章 緒論通過近20年的發(fā)展,移動通信己成為通信領(lǐng)域最活躍、市場份額最高的產(chǎn)業(yè),也成為國際上市場競爭最激烈的部分。面對多種通信體制并存、各種標準層出不窮和頻率資源缺乏的現(xiàn)狀,以硬件為主的傳統(tǒng)的通信體制已難以適應(yīng):出于各種新標準的射頻載波頻率和調(diào)制方式不同,限制了設(shè)備間的互通和兼容,造成了資金大量浪費和重復(fù)投入。面對這個問題,國際上已經(jīng)進行了大量的研究。大部分專家認為:“軟件定義無線電”(Software Defined Radio,簡稱SDR)將是一個解決全球無線通信需求的方案,它將成為未來無線通信設(shè)備設(shè)計的核心所在。軟件無線電技術(shù)最初起源于軍事通信應(yīng)用的需要。隨著通信技術(shù)的發(fā)展,在軍事通信領(lǐng)域,各軍兵種之間使用了不同的通信體制,應(yīng)用不同的頻段、波形和調(diào)制方式,完成各自的通信任務(wù)。各個體制之間互不兼容,各自使用的電臺功能單一,這使得軍隊面臨頻帶擁擠的狀況。現(xiàn)在戰(zhàn)爭越來越強調(diào)各軍種甚至多國軍隊之間的作戰(zhàn),因此多種通信體制的互聯(lián)互通要求成了日益突出的矛盾。為了使各軍兵種不同的設(shè)備之間實現(xiàn)高效、可靠的協(xié)同通信與互通信,美國軍方最早開展了研制三軍通用軟件無線電臺的工作,其目標是研制出一種包容很寬的無線頻帶、接收多種信道調(diào)制方式的具有很強“可互操作性”無線電臺。1992年5月,在美國電信系統(tǒng)會議上,MITRE公司的JoeMitola首次提出了軟件無線電的概念,其核心思想是:構(gòu)造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺,將各種功能,如工作頻率、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等用軟件來完成,并使寬帶刀D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能地靠近天線,以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統(tǒng)。這種電臺是可用軟件實現(xiàn)的,如果要實現(xiàn)新的業(yè)務(wù)或調(diào)制方式只要增加一個新的軟件模塊即可。同時,由于它能形成各種調(diào)制波形和通信協(xié)議,故還可以與舊體制的各種電臺通信,大大延長了電臺的使用周期,也節(jié)約了開支。有些人也把軟件無線電稱為“超級計算機”。在民用方面,縱觀當前的通信市場,多種通信體制并存,新體制不斷涌現(xiàn)。模擬體制與數(shù)字體制并存,TDMA體制與CDMA體制共存。由于多種體制硬件平臺的不同,他們之間的兼容和互通變的比較困難,無線通信的發(fā)展,使得人們對各種通信體制間互通的要求日趨強烈。目前,軟件無線電的思想與開發(fā)手段已經(jīng)在新一代通信產(chǎn)品的開發(fā)中發(fā)揮著越來越重要的作用。、水平和發(fā)展趨勢國內(nèi)對軟件無線電技術(shù)的研究,開始于1995年美國第一臺高水平的軟件無線電系統(tǒng)SPEAKeasy問世。在0996年10月,我國通信“863”首先立項,開始了對軟件無線電的小規(guī)模探索,九五期間,該技術(shù)已成功地在某型號軍用單兵短波數(shù)字通信系統(tǒng)中得到應(yīng)用。1998年7月,我國向ITU提交了第三代移動通信提案TDSCDMA中就采用了軟件無線電技術(shù)。同年,我國國家自然科學(xué)基金就設(shè)立了有關(guān)軟件無線電技術(shù)的重大研究課題:由清華大學(xué)和北京郵電大學(xué)合作完成,這表明了我國對軟件無線電技術(shù)地重視。在自然科學(xué)基金地項目中,我國將開展軟件無線電地基礎(chǔ)性和應(yīng)用性研究,并以蜂窩移動通信系統(tǒng)的多模平臺為背景,重點研制支持兩種制式以上的個人通信接收機的軟件無線電平臺。試驗平臺由一些硬件(包括射頻部分,以及由FPGA等實現(xiàn)的中頻部分)和帶有NIC的高速局域網(wǎng)組成。在這個試驗平臺上可以運行兩個頻段(900MHZ和1800MHz),并兼容四種以上的傳輸方式。2002年5月28日,國家自然科學(xué)基金委員會信息科學(xué)部組織專家,對清華大學(xué)電子工程系和北京郵電大學(xué)聯(lián)合承擔的國家自然基金資助的重點項目“軟件無線電理論與技術(shù)及其在個人通信中的應(yīng)用”進行了驗收。觀看軟件無線電試驗平臺的現(xiàn)場演示后,專家組經(jīng)認真討論,一致認為:該課題在基礎(chǔ)理論及試驗平臺研究方面取得了重要進展,其研究成果在軍事和名用領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。目前我國正在研究開發(fā)第二代同步軌道航天測控設(shè)備的方案中,其核心就是引入軟件無線電技術(shù),采用其綜合基帶模式、大規(guī)模地簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),極大地提高了系統(tǒng)地靈活性、可靠性和可維護性。到目前為止,我國許多高等院校、研究所都投入大量地人力、物力開展對軟件無線電進行研究,如:進行實用型軟件無線電體系結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計:對軟件無線電系統(tǒng)中某一模塊進行研究。研究軟件無線電的實際應(yīng)用對象。進行算法研究等。但目前國內(nèi)的研究多處于試驗階段,尚未有比較成熟的軟件無線電產(chǎn)品問世。雖然我國對軟件無線電技術(shù)的研究起步晚于歐美,但是關(guān)于軟件無線電的研究己經(jīng)得到了越來越多的重視,理論水平基本與國外保持一致?？傮w而言,目前國內(nèi)外對軟件無線電的研究正處于各種應(yīng)用的具體研究實踐階段。軟件無線電的想法最早產(chǎn)生于20世紀70年代末, Tbttlebee把當時安裝了8085微處理器的A/D和工作于VLF的無線電設(shè)備的Roke Manor Researeh(Romsey United Kingdom)稱為世界上第一個關(guān)于軟件無線電技術(shù)研究的工作場所,但是鑒于當時可編程芯片和模數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)展水平有限,還不可能實現(xiàn)商業(yè)化,因而早期的研究都是用于軍事目的的。20世紀80年代,美國率先在軍事系統(tǒng)中開始了軟件無線電的研究、開發(fā)和試驗。20世紀90年代,由于計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)和VLSI技術(shù)的飛速發(fā)展,使得全面采用軟件無線電的思想成為可能。1992年5月,MITRE公司的Joe Mitola在美國電信系統(tǒng)會議(National Telesystems Conferenee)上首次明確提出了軟件無線電的概念,其基本思想是:以通過硬件為基本平臺,將寬帶A/D,D/A盡可能靠近天線,把盡可能多的無線通信功能用軟件來實現(xiàn),從而將無線通信新系統(tǒng)、新產(chǎn)品的開發(fā)逐步轉(zhuǎn)移到軟件開發(fā)上來。1995年5月,以Joe Mitola的“軟件無線電結(jié)構(gòu)”一文為代表,與其它一些論文一起構(gòu)成了第一期關(guān)于軟件無線電的專刊發(fā)表以后,商用軟件無線電的研究開始迅速升溫。20世紀80年代,美國率先在軍事系統(tǒng)中開始了軟件無線電的研究、開發(fā)和試驗。20世紀90年代,由于計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)和VLSI技術(shù)的飛速發(fā)展,使得全面采用軟件無線電的思想成為可能。在國外,軟件無線電的研究項目除早己展開speakeasy，還有ACTS,RACE,Speetrum Ware,SORT，SLATS，PROMURA等。ACTS是歐洲聯(lián)合研究項目。其中,為了實現(xiàn)多波段、多模式的可編程軟件無線電結(jié)構(gòu),FIRST項目做了大量研究,內(nèi)容涉及如何提供多媒體業(yè)務(wù)以及RF硬件和DSP信號處理算法。它建立了4個多模式測試床,兩臺用作移動臺,另兩臺用作基站,完成了雙制式系統(tǒng)的軟件無線電試驗。而FRAMES項目則對自適應(yīng)天線在軟件無線電中的使用作了認真研究。歐共體的ACTSFIRST項目和美國RUTGERS大學(xué)分別進行了針對軟件無線電應(yīng)用于第三代移動通信系統(tǒng)的研究。目前己取得一些重要研究成果,確定了各模塊應(yīng)滿足的性能指標。美國哈里斯公司研制成功AN/VRC94(E)多頻段車載收發(fā)信機,可與其他電臺如AN/PRC117A和AN/RC94A互通。美國陸軍正在研制新一代三頻段的超高頻戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信中斷,以實現(xiàn)真正意義上的互通。軟件無線電是用軟件實現(xiàn)各種功能的無線電通信設(shè)備,因而所有的處理均是針一對數(shù)字化信號進行,其理想結(jié)果形式如圖1所示。對所傳送的模擬基帶信息,先通過A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字基帶碼,然后由數(shù)字信號處理器(DSP)進行處理,實