【正文】 （29）式中，H(w)稱為幅度特性,稱為相位特性。在上述幾種方法中，第二種方法的缺點是速度較慢，一般可用于DSP算法的模擬。用專用的DSP芯片實現(xiàn)，在一些特殊的場合，要求的信號處理速度極高；第四， 用專用的DSP芯片實現(xiàn)，在一些特殊的場合，要求的信號處理速度極高，用通用DSP芯片很難實現(xiàn)，這種芯片將相應(yīng)的濾波算法在芯片內(nèi)部用硬件實現(xiàn)，無需進(jìn)行編程。第二， 在通用計算機(jī)系統(tǒng)中加上專用的加速處理機(jī)設(shè)計實現(xiàn)。根據(jù)這個描述就可以分析其頻率特性和相位特性，以驗證設(shè)計結(jié)果是否滿足指標(biāo)要求。 （2）逼近確定了技術(shù)指標(biāo)后，就可以建立一個目標(biāo)的數(shù)字濾波器模型。對于相位響應(yīng)指標(biāo)形式，通常希望系統(tǒng)在通頻帶中任有線型相位。它提供對幅度響應(yīng)函數(shù)的要求，一般應(yīng)用于FIR濾波器的設(shè)計。在很多實際應(yīng)用中，數(shù)字濾波器常常被用來實現(xiàn)選頻操作。FIR濾波器的沖激響應(yīng)只能延續(xù)一定時間，在工程實際中可以采用遞歸的方式實現(xiàn)，也可以采用非遞歸的方式實現(xiàn)。由于FIR系統(tǒng)只有零點、系統(tǒng)穩(wěn)定，便于實現(xiàn)FFT算法、運算速度快、線性相位的特性和設(shè)計更為靈活等突出優(yōu)點而在工程實際中獲得廣泛應(yīng)用。(2)系統(tǒng)函數(shù)H(z)在處收斂,在處只有零點,有限z平面只有零點，而全部極點都在z=0處(因果系統(tǒng))。（2）系統(tǒng)函數(shù)H(z)在有限z平面()上有極點存在。理想的數(shù)字濾波器是不可能實現(xiàn)的，因為它們的單位脈沖響應(yīng)均是非因果而且是無限長的。但是，如果信號和噪聲相互混疊經(jīng)典濾波器就無能為力，這時就需要現(xiàn)代濾波器。與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器具有以下優(yōu)點:精度高，體積小，穩(wěn)定性好，重量輕，方便靈活，不要求阻抗匹配等。 根據(jù)Nyquist信號采樣定理的概念，在設(shè)計軟件無線電濾波器時，就需要考慮到用信號處理器及其軟件來對帶寬B內(nèi)位于某一特定信道上的信號進(jìn)行分析、識別等處理。帶通采樣定理:設(shè)一個頻率帶限信號x(t),其頻帶限制在(,)內(nèi),如果其采樣頻率滿足: （21） 式中,n取能滿足2()的最大整數(shù)(0,1,2,…),則用進(jìn)行等間隔采樣所得到的信號采樣值x(n)能準(zhǔn)確地確定信號x(t)。但是如此寬的頻帶采用Nyquist低通采樣所需的采樣速率至少大于4GHz,目前這是不可能實現(xiàn)的?！狽yquist采樣定理如果對某一時間連續(xù)信號(模擬信號)進(jìn)行采樣,當(dāng)采樣率達(dá)到一定數(shù)值時，那么根據(jù)這些采樣值就能準(zhǔn)確地確定原信號。數(shù)字濾波器具有高穩(wěn)定性、高精度、靈活性大等突出優(yōu)點。第四章對并行處理數(shù)字濾波器進(jìn)行了理論研究,提出了由FPGA實現(xiàn)的技術(shù)思路,并與DSP的順序執(zhí)行情況進(jìn)行比較,為實時高速的真正意義上的軟件無線電研究提供了有益的探索。第二章濾波器的設(shè)計。實際上,這兩種方法是不能截然分開的。軟件無線電中的濾波運算可以用軟件實現(xiàn),也可以用硬件來實現(xiàn)。第二，基于DSP平臺的數(shù)字濾波器的實現(xiàn)。但隨著數(shù)字式上、下變頻技術(shù)的發(fā)展,已可實現(xiàn)中頻數(shù)字化、基帶DSP的實時處理。而接收過程也是如此,射頻信號經(jīng)寬帶A/D變換為數(shù)字碼。美國哈里斯公司研制成功AN/VRC94(E)多頻段車載收發(fā)信機(jī),可與其他電臺如AN/PRC117A和AN/RC94A互通。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。20世紀(jì)90年代,由于計算機(jī)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。20世紀(jì)90年代,由于計算機(jī)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。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。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(jìn)行研究,如:進(jìn)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(jìn)行研究。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。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)。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(qiáng)烈。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。現(xiàn)在戰(zhàn)爭越來越強(qiáng)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。大部分專家認(rèn)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。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(xiàn)、獨立思考和理論轉(zhuǎn)化為實踐的能力。在此基礎(chǔ)上,利用Matlab完成了FIR濾波器的設(shè)計,進(jìn)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(jìn)行了仿真,對不同參數(shù)濾波效果進(jìn)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)。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(jìn)行不同信道信息的接收處理。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。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(dāng)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(dá)到軟件無線電的信道處理要求。人們普遍認(rèn)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(jì)效益、推動社會和技術(shù)的進(jìn)步。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(biāo)準(zhǔn)的通信系統(tǒng)。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。軟件無線電技術(shù)最初起源于軍事通信應(yīng)用的需要。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(biāo)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(qiáng)“可互操作性”無線電臺。有些人也把軟件無線電稱為“超級計算機(jī)”。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。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。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(dān)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(jìn)行了驗收。研究軟件無線電的實際應(yīng)用對象?？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。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。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。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(rèn)真研究。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。進(jìn)入DSP處理,最終由D/A變換為基帶信息提供給終端。這樣的結(jié)構(gòu)具有較高的可實現(xiàn)特點,其A/D和D/A轉(zhuǎn)換在中頻進(jìn)行,DSP實時處理在低頻進(jìn)行,數(shù)百MOPS的處理能力要求易于滿足。在CCS開發(fā)環(huán)境下,將通過軟件編程得到信號初始數(shù)據(jù),用DSP匯編語言程序進(jìn)行運行軟件的數(shù)據(jù)接口,并實現(xiàn)在CCS下的數(shù)字濾波,將濾波后的數(shù)據(jù)通過圖形化界面反映出來,以此評估DSP對不同信道的處理效果。軟件實現(xiàn)指的是在計算機(jī)上執(zhí)行編輯好的程序。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛,程度也越來越復(fù)扎,因而對于算法及實現(xiàn)的研究更顯重要。軟件無線電信道處理的關(guān)鍵技術(shù)在于獲得不同信道的信息,這就需要設(shè)計不同的濾波器,本章對數(shù)字化FIR濾波器的設(shè)計原理和實現(xiàn)方法進(jìn)行了深入的研究,在其數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,利用Matlab軟件進(jìn)行了不同信道參數(shù)提取和仿真。第五章對兩種實現(xiàn)方法進(jìn)行了總結(jié)分析并對今后工作進(jìn)行了展望。在這一章中介紹了軟件無線電中信道處理所涉及的一些基礎(chǔ)理論,并且針對軟件無線電中對不同頻段濾波器的需求,給出了濾波器的理論以及它的設(shè)計流程。Nyquist采樣定理可以表達(dá)如下:Nyquist采樣定理:設(shè)有一個頻率帶限信號x(t),其頻帶限制在(0,)內(nèi),如果以不小于角的采樣速率對x(t)進(jìn)行等間隔采樣,得到時間離散的采樣信號x(n)=x(nT)(其中T=1/為采樣間隔),則原信號x(t)將被所得到的采樣值x(n)完全確定。所以,對于寬頻帶工作的軟件無線電臺是無法采用Nyquist采樣技術(shù)來采樣的。 式(2l)用帶通信號的中心頻率場和頻帶寬度B也可以表示為: （22）式中，,n取能滿足B(B為頻帶寬度)的最大整數(shù)。該軟件主要完成數(shù)字濾波(可變寬帶)以及解調(diào)等信號處理任務(wù)，這樣，就可以通過在軟件上加載不同的程序來完成對不同體制、不同帶寬以及不同種類信號的接收解調(diào)等信號處理任務(wù)，這樣就對信號環(huán)境的適應(yīng)性以及可擴(kuò)展性就大大提高了。如果使用模數(shù)相互轉(zhuǎn)換，就可以使用數(shù)字濾波器對模擬信號濾波?，F(xiàn)代濾波器按照隨機(jī)信號內(nèi)部的一些統(tǒng)計分布規(guī)律，從干擾中最佳地提取信號。但是這些濾波器可以作為逼近的標(biāo)準(zhǔn)。（3）結(jié)構(gòu)上存在著輸出到輸入的反饋，也就是結(jié)構(gòu)上是遞歸型的。(3)結(jié)構(gòu)上主要是非遞歸結(jié)構(gòu)，沒有輸出到輸入的反饋，但有些結(jié)構(gòu)中(例如頻率抽樣結(jié)構(gòu))也包含有反饋的遞歸部分。在軟件無線電濾波器的設(shè)計中，也采用FIR濾波器來進(jìn)行設(shè)計與試驗。數(shù)字濾波器的設(shè)計方法有多種，如雙線性變換法、窗函數(shù)設(shè)計法、插值逼近法和Chebyshev逼近法等等。因此，指標(biāo)的形式一般在頻域中給出幅度和相位響應(yīng)。第二種指標(biāo)是相對指標(biāo)。運用線性相位響應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行濾波器設(shè)計具有如下優(yōu)點: 只包含實數(shù)算法，不涉及復(fù)數(shù)運算。通常采用理想的數(shù)字濾波器模型?；蛘呃糜嬎銠C(jī)仿真實現(xiàn)設(shè)計的濾波器，再分析濾波結(jié)果。第三， 用通用的可編程DSP芯片實現(xiàn)，DSP處理器是專為數(shù)字信號處理而設(shè)計的，如TI公司的TMS320CX系列，AD公司的ADSP2IX, ADSP210X系列等。第五， 采用FPGA/CPLD設(shè)計實現(xiàn)。第一，四種方法專用性強(qiáng)，應(yīng)用受到很大的限制。注意,這里H(w)不同于, H(w)為w的實函數(shù)，可能取負(fù)值，而總是正值。（1）h(n)=h(Nn1)N為奇數(shù)，幅度函數(shù)H(w)為: (214) 式中，h (n)對((N1) /2偶對稱，余弦項也對(N1) /2偶對稱，可以以(N1)/2為中111，把兩兩相等的項進(jìn)行合作，由于N是奇數(shù)，故余下中間項n=(N1)/2。設(shè)N為偶數(shù)，則有:（3），N=奇數(shù)，有 （220）令m=(N1)/2n,則有： （221）（4）h(n)=h(Nn1),N=偶數(shù)，有： （222） 令m=N/2n，則有 （223） ，） FIR濾波器通常有直接型、級聯(lián)型、格型、頻率抽樣型等