【正文】 基于DSP的軟件無線電系統(tǒng)設計與實現(xiàn)Design and Realization of the Software Radio System Based on DSP 目 錄摘要 1引言 3第一章 緒論 4 4 4 5 6 6 7 7 本論文的主要工作安排 8第二章 軟件無線電系統(tǒng)結構介紹與DSP芯片選擇 9 9 10 10 DSP的發(fā)展 11 12 12 13 DPS芯片TMS320DM642 1軟件實現(xiàn)的選擇 15第三章 系統(tǒng)硬件設計 19 系統(tǒng)總體方案概述 19 A/D 轉換器 20 硬件設計 20 21第四章 系統(tǒng)軟件的設計與實現(xiàn) 23 DSP系統(tǒng)的設計和實現(xiàn) 23 調制算法及其DSP實現(xiàn) 24 24 AM調制算法及其DSP實現(xiàn) 25 26 26 AM解調算法及其DSP實現(xiàn) 27 數(shù)字濾波器的選擇與實現(xiàn) 28 28 29 AM調制解調實現(xiàn)分析 29結 論 31致 謝 32參考文獻 33基于DSP的軟件無線電系統(tǒng)設計與實現(xiàn)摘要 隨著無線通信技術的高速發(fā)展，不同無線通信系統(tǒng)間的難以兼容就成了急需解決的問題，軟件無線電技術正是適應這種需求。SDR將朝著理想的SR方向發(fā)展，其數(shù)字化將在 (或者非常接近)天線端進行，所需要的所有處理都通過駐留在高速數(shù)字信號處理單元中的軟件來實現(xiàn)。本論文實現(xiàn)了一個簡單的發(fā)送和接收系統(tǒng)基于DSP芯片，并完成了部分關鍵軟件無線電技術的研究。軟件無線電是基于一個開放的，標準化，模塊化，通用平臺。各種波形的實現(xiàn)與軟件，其中包括頻率范圍，調制信號，數(shù)據(jù)類型和通信協(xié)議，安全的關鍵。這種方法，通過下載軟件的平臺，各種通信功能的實現(xiàn)，使寬帶A/D和D/A轉換器靠近天線盡可能。此外，使用軟件的方法來取代以往的模擬電路，其功能的實現(xiàn)。軟件無線電系統(tǒng)是建立在DSP硬件平臺的。本文提出了一種基于DSP的軟件無線電系統(tǒng)的一般結構特點，給出了軟件無線電系統(tǒng)中采用的總體結構。芯片結合軟件技術實現(xiàn)通信功能，該系統(tǒng)還計劃標準的同步串行接口連接終端的多樣化，使它具有很高的安全性和廣泛的適用性。關鍵詞 軟件無線電 通信 DSP 調制解調 仿真 Design and Realization of the Software Radio System Based on DSPAbstract As highspeed development of the technology of wireless munication various the wireless munication systems are not patible with each other, and it has already bee a great difficulty, the software radio just meets this demand. An SDR can move to an almost total SR, where the digitization is at (or very near to) the antenna and all of the processing required for the radio is performed by software residing in highspeed digital signal processing elements.This paper realizes a simple sendandreceive system base upon the DSP chips, and pletes the research of partial key software radio technology. The software radio is based on an open, standardized, modularized, general platform. And all kinds of waveforms are achievable with software, which include frequency range, modulation signal, data type, security critical and munication protocol. This method, by downloading the software to the platform, realizes all kinds of munication function, which can make the broadband A/D and D/A converters close to the antenna as far as possible. Furthermore, using software method to replace previous analog circuit and realize its function.A software radio system is built up on DSP platform. And the paper brings forward a general structure of software radio system based on DSP. The software radio system adopted circuit .Chips bining with software technology implements the munication function. The system also schemes a standard a synchronism serial interface to connect diversified terminals and made it possess high security and broad applicability.Key Words Software Radio Communication DSP Simulate.引言軟件無線電是一種現(xiàn)代通信原理，數(shù)字信號處理技術為核心，以微電子技術為支撐無線電通信架構。將模塊化，標準化的硬件單元，以總線的方式連接構成一個通用的硬件平臺和軟件加載各種無線通信功能的實現(xiàn)通過一個開放的體系結構。軟件無線電技術應用于移動通信領域，可以節(jié)省大量移動通信網絡的改造成本，而且還縮短周期的應用程序。 本論文是基于軟件無線電設計的分析，利用TMS320DM642 DSP芯片和軟件的結合，將寬帶A/D與D/A盡可能靠近天線，通過相應的硬件和軟件組成一個簡單的軟件定義的無線電通信系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)上實現(xiàn)AM調制與解調，完成了一個小型軟件無線電系統(tǒng)的設計與研究。第一章 緒論通過近20年的發(fā)展，移動通信已成為通信領域最活躍，市場占有率最高的行業(yè)，在國際市場也成為最有競爭力的部分。面對各種各樣的通信系統(tǒng)共存，無盡的各種標準的頻率資源缺乏的現(xiàn)狀，已經難以適應傳統(tǒng)的基于硬件的通信系統(tǒng)：由于在不同的各種新的標準的射頻載波頻率和調制的方式影響下，限制的移動設備向兼容性和互操作性，造成浪費和重復投入大量資金[l]。面對這個問題，國際上已經進行了大量的研究。大部分專家認為，“軟件定義無線電”將是一個解決全球無線通信需求的軟件方案，它將在未來成為無線電通信設備設計[2]的核心所在。軟件無線電通信技術是起源于軍事通信。隨著時代的發(fā)展，通信技術在軍事通信領域，各分支機構之間使用不同的通信系統(tǒng)，應用程序的不同頻段、波形和調制，來完成他們的通信任務[3]。各個體系系統(tǒng)之間，每個系統(tǒng)使用一個單一的電臺功能，使軍隊面臨著一個頻帶擁擠的狀況。現(xiàn)在戰(zhàn)爭更強調多國軍事行動的各個分支機構之間的協(xié)同作用，使各種通信系統(tǒng)的互操作性要求的矛盾日益突出。為了使不同的設備之間實現(xiàn)可靠和高效率的通信和相互協(xié)作，美軍的官方軍隊進行了第一次通用軟件無線電的工作，其目標在于研制一種能包容很寬的無線頻帶、能接收多種信道調制方式的具有很強“可互操作性”無線電臺[4]。最初在1992年5月，美國電子系統(tǒng)的會議上，MITRE公司的Joseph Mitola第一次明確提出了軟件無線電的基本概念，其核心思想就是將寬帶A/D與D/A盡可能的靠近天線，用軟件實現(xiàn)更多的無線電功能。在這樣一個思想的指導和影響下，美國進行了Speakeasy一期工程的研究，并在1994年8月成功研制出無線電樣機。1995年5月，Mitola在IEEE Communication Magazine的軟件無線電專刊上回顧并且討論了軟件無線電不斷發(fā)展的概念、結構，技術上可能在未來所面臨的挑戰(zhàn)以及軟件無線電可能帶來的一系列的經濟效益，在這一期?？l(fā)表之后，商用的軟件無線電的研究開始起步。在民用領域，移動通信，相同的共存和各種標準兼容性問題的存在，和軟件無線電技術來解決這個困難表示了明確的方向，迅速成為移動通信公司的研究重點。1998年6月，歐洲委員會與SDR論壇(Software Defined Radio Forum)聯(lián)合主辦了第一屆軟件無線電國際研討會議。世界各大通信廠商都表示了即將在移動通信領域開發(fā)軟件無線電終端和網絡設備。這表明，軟件無線電的理念和開發(fā)工具，已經在下一代通信產品的發(fā)展正扮演著越來越有影響力的角色。隨著無線電技術和軟件無線電應用的發(fā)展，深化和擴大軟件無線電的概念在不斷的發(fā)展和變化，這是目前仍然很難給出一個嚴格而全面的定義。 Mitola首次提出軟件無線電“應用軟件無線電功能”的概念，也就是允許的范圍內由軟件來完成的信號編碼，解碼，調制解調，擴頻，解擴功能，強調無線電信號處理的工作由軟件而不是特定的數(shù)字器件來完成[5]。1998年設立的SDR論壇將軟件無線電的概念發(fā)展成為軟件定義無線電，在一般的硬件結構下，使用軟件來定義硬件系統(tǒng)的功能，從而使相同的硬件組件，通過軟件的定義來生成具有不同功能的器件[6]。這一概念強調的硬件和軟件的靈活性，標準化的結合。從軟件無線電軟硬件功能模塊之間數(shù)據(jù)流動的角度出發(fā)，有些觀點在軟件無線電的概念中強調了總線連接的方式，認為軟件無線電是“將模塊化、標準化的硬件單元以總線方式連接構成基本平臺，并通過軟件加載實現(xiàn)各種無線通信功能的一種開放式的體系結構”[7]。從軟件無線電系統(tǒng)中的應用要求和工作的角度來說，又有觀點將軟件無線電系統(tǒng)稱為“可重配置系統(tǒng)”或者“無縫系統(tǒng)”， 強調軟件無線電系統(tǒng)應當和多種系統(tǒng)無縫互通，并充分利用硬件平臺的軟件可重配置特性。事實上，軟件的關鍵是了解無線電的概念，硬件為基礎的軟件無線電平臺，這個平臺具有模塊化和標準化的特點，具有最高配置可以被重新定義或配置的能力。固定的無線軟件無線電系統(tǒng)是通過軟件而不是硬件電路來實現(xiàn)的。軟件無線電和軟件控制的數(shù)字無線電不同之處，是在于軟件無線電的最終目的就是要使通信系統(tǒng)擺脫硬件系統(tǒng)結構的束縛，在系統(tǒng)結構相對通用和穩(wěn)定的情況下，通過軟件來實現(xiàn)其各種功能。在本文中，軟件無線電系統(tǒng)作為一個新的系統(tǒng)概念，其基本設計理念是建立一個開放的，模塊化的，標準化的通用無線電硬件平臺，將各種各樣的功能，如工作頻段、數(shù)據(jù)結構、加密模式、調制解調類型、通信協(xié)議等功能用軟件來完成，并且使寬帶A/D和D/A轉換器盡可能的靠近天線，以研究和設計出一種具有高度靈活性、開放性的新一代無線電通信系統(tǒng)。SDR是軟件無線電的各項關鍵技術發(fā)展演進的產物，能夠控制和配置處理單元，將驗證理想的軟件無線電的基礎結構。SDR的無線通信的移動設備是需要具備可重新編程和可以重構的能力，使這個裝置可以用在多種模式（標準），多個頻帶和多種功能。它不僅是使用可編程器件來實現(xiàn)基帶數(shù)字信號處理部分，還對射頻和中頻模擬電路進行編程和重建。我國將軟件無線電系統(tǒng)的研究納入了“863”計劃，“九五”和“十五”預研項目，很多高校、科研機構都已經投入了大量的人力、物力來研究這個項目，目前已經取得一定的成績。北京信威通信技術股份有限公司已經利用軟件無線電技術和智能天線技術研制出了時分碼分多址(SCDMA)基站及相應的通信系統(tǒng)。我國提出的3G移動通信系統(tǒng)的方案TDSCDMA，也是軟件無線電的核心技術思想之一，我國對于軟件無線電的研究和應用已到了一個新的階段。在軍事應用領域，由總參通信兵部某研究所研制的“軍用無線電網關”通過了相關的技術鑒定和認證[8]。這個網關所采用的軟件無線電技術具有國際上的先進水平，實現(xiàn)了不同頻段、不同體制電臺之間的相互聯(lián)通，很大的推進了我國軍事在協(xié)同通信領域的研究。通過這些年的發(fā)展，軟件無線電快速顯示出其重要性，成為區(qū)域和全球提供高性能通信的第三代移動通信的基石。這種技術是一種無線通信技術從模擬到數(shù)字，從固定到移動這兩次革命后的第三次革命，成為無線通信技術在21世紀初的發(fā)展方向。目前，要實現(xiàn)一個理想化所需的軟件無線電收發(fā)器面臨的技術困難有:首先,在射頻端要求天線覆蓋較寬的頻段,例如1MHz2GHz,要適應多頻帶系統(tǒng)的需要。然后,因為在射頻段的數(shù)字化處理,受當前條件的硬件性能的影響和限制還不能夠實現(xiàn),所以將數(shù)字化處理設在中頻段。這樣一來,就需要應用到中頻寬帶A/D變換技術。另外,為了適應通信系統(tǒng)復雜的電磁環(huán)境,A/D器件不僅要滿足高速、寬帶的條件要求外,還需要有大的動態(tài)范圍。第三,就對于基帶來說,信號的處理主要包括調制解調、均衡和脈沖整形等,它們要求所用的DSP器件具有足夠的處理和工作的能力和有限的能量消耗。尤其是從移動終端角度來考慮還要求低成本、低功耗和減小尺寸。最后，為了實現(xiàn)現(xiàn)有的標準或規(guī)定的標準，根據(jù)軟件無線電系統(tǒng)，一個通用的硬件平臺上運行它通過簡單地改變軟件，以適應任何無線電接口的未來發(fā)展[9]。實現(xiàn)軟件無線電終端的技術要點是與它的特性相對應的,。寬帶射頻寬帶/高速/高分辨的A/ D/A