【正文】 為核心的嶄新的無線通信體系結(jié)構(gòu)。 基本組成 結(jié)構(gòu) 軟件無線電主要由三部分組成，即用于射頻信號變換，位于 A/D、D/A 之前的射頻處理（含天線）前端；高速 A/D、 D/A；以及數(shù)字信號處理（ DSP）單元三部分。 (a) 射頻低通采樣軟件無線電結(jié)構(gòu) 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 9 (b) 射頻帶通采樣軟件無線電結(jié)構(gòu) (c) 中頻帶通采樣軟件無線電結(jié)構(gòu) 圖 12 軟件無線電三種基本結(jié)構(gòu) 主要特點(diǎn)： (1) 靈活性：軟件無線電可通過增加軟件模塊，很容易增加新的功能；可以和其它任何電臺進(jìn)行通信，并可以作為其 它電臺的射頻中繼；可以通過無線加載來改變軟件模塊或更新軟件。主要完成低噪聲放大、濾波、混頻、自動增益控制（ AGC）以及輸出功率放大等功能。若系統(tǒng)帶寬為 10MHz，則采樣率要大于 25MHz，這樣就需要 2500MIPS（百萬條指令每秒）的 運(yùn)算能力，這是現(xiàn)有的單個 DSP 難以勝任的。 技術(shù)在軍事通信中的應(yīng)用 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 12 軟件無線電技術(shù)引入軍事通信中具有十分重要意義，軟件無線電的特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)能保證電臺的模塊化、通用化和系列化設(shè)計，有利于減少無線電設(shè)備及其保密機(jī)的品種，能降低電臺裝備和維護(hù)費(fèi)用。 軟件無線電技術(shù)在 民用 通信中的應(yīng)用 軟件無線電技術(shù)在民用通信，特別是在第三代移動通信中起到了至關(guān)重要的作用。 通常用通用 CPU 芯片和通用操作系統(tǒng)軟件方式解決無線通信和分布式信號處理問題。 國內(nèi)外軟件無線電的發(fā)展動態(tài) 由于軟件無線電具有現(xiàn)有無線通信體制所不具備的許多優(yōu)點(diǎn)，它有著廣泛的應(yīng)用前景。作為網(wǎng)橋連接兩種不同的通信網(wǎng)絡(luò) 。兼容的調(diào)制各式包括 AM、 FM、 SSB、 BPSK、 QPSK、 MSK、 CPFSK、 FH、 GPS、 COMA 等，數(shù)據(jù)率范圍從 50b/s 到 5Mb/s。最大信道帶寬 ， A/D 采樣精度為 12bit。 IEEE 通信雜志 1995年 5月出了一期專刊，成為軟件無線電發(fā)展過程的中的里程碑。 863中國高技術(shù)研究發(fā)展計劃中就有軟件無線電研究項(xiàng)目 ，由清華大學(xué)微波與數(shù)字通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)。軟件無線電具有靈活性、可擴(kuò)展性等主要特點(diǎn)，這主要是因?yàn)檐浖o線電的所有功能都是用軟件來實(shí)現(xiàn)的，通過軟件的增加、修改或升級就可以實(shí)現(xiàn)新的功能。 從信號流的角度分析了軟件無線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，包括以下幾 個部分 : 實(shí)時信道處理流 實(shí)時信道處理實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)基本信息流處理，包括射頻子系統(tǒng)、寬帶 A/D 與 D/A 變換、信道分離、調(diào)制解調(diào)、安全處理 (加 /解密 )等等。這些改進(jìn)可以納入到樣機(jī)的信道處理流中，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置試驗(yàn)， 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 20 圖 22 軟件無線電信號流 排除算法中的錯誤，最后確定改進(jìn)的價值 (增加的用戶密度 ) 以及耗費(fèi)的資源 (I/O 帶寬、時間延遲、處理容量等 )。如果要增加一種新的 調(diào)制方式就非常困難。 可以寫出它的時域表達(dá)式。 ASK 調(diào)制實(shí)現(xiàn)的研究 一個二進(jìn)制振幅鍵控信號可以表示為一個單極性脈沖與一個正弦波相乘，即 （ 23） 式（ 23）中， g(t)是持續(xù)時間為 T 的矩形脈沖， an 為信源給出的二進(jìn)制符號 0,1。 在用 2PSK 調(diào)制方式時由于發(fā)送端以某個相位作為基準(zhǔn)，因而在接收端也必須有這樣一個固定的基準(zhǔn)相位作參考。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 24 數(shù)字信息 : 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 2PSK 相位 : 0 0 π π π 0 0 π 0 π 2DPSK 相位 : 0 0 π 0 π π π 0 0 π 在實(shí)現(xiàn) 2DPSK 調(diào)制時，只要先把原信息序列 (絕對碼 )變換成相對碼，然后進(jìn)行 2PSK 調(diào)制就可以了。常見用于模擬解調(diào)電路的一般相干解調(diào)法（指用一個同頻同相的本地載波去相干解調(diào)），當(dāng)同頻同相不滿足時，解調(diào)就會嚴(yán)重失真。 所以， ? ? ? ?( ) ( ) c o s ( ) c o s ( ) ( ) s in ( ) s in ( )( ) c o s ( ) ( ) s in ( )ccI c Q cS n A n n n A n n nX n n X n n? ? ? ?????（ 214） 式中， ? ?( ) ( ) co s ( )IX n A n n?? （ 2－ 15） ? ?( ) ( ) sin ( )QX n A n n?? （ 2－ 16） 這就是我們所希望獲得的同相和正交兩個分量，根據(jù) ()IXn、 ()QXn，就可以對各種調(diào)制樣式進(jìn)行解調(diào)。它利用具有多個相位狀態(tài)的正弦波來代表多組二進(jìn)制信息碼元，即用載波的一個相位對應(yīng)于一組二進(jìn)制信息碼元。四相相移鍵控（ QPSK）是一種性能優(yōu)良，應(yīng)用十分廣泛的數(shù)字調(diào)制方式，它的頻率利用率高，是二進(jìn)相移鍵控（ BPSK）的 2倍，采用相干檢測時其誤碼性能與 BPSK 相同。不過這種調(diào)制方式卻不適合用在移動通信系統(tǒng)中，其原因是： ：窄帶移動通信系統(tǒng)對射頻信號的帶外輻射都有嚴(yán)格的要求，專業(yè)模擬移動通信系統(tǒng)一般要求的鄰道功率為不大于－ 70dBc，如 CPS 標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)；數(shù)字系統(tǒng)一般為－ 60dBc，如 TETRA 系統(tǒng)。這樣系統(tǒng)難以快速獲得同步，抗快衰落能力不強(qiáng)，同時系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，成本高。采用差分編碼，使系統(tǒng)既可以使用 相干檢測也可以使用非相干檢測來進(jìn)行解調(diào)，一方面簡化了設(shè)備，另一方面也使系統(tǒng)具備了快速獲得同步、抗快衰落、抗多普勒頻移的能力。 頻移調(diào)制是數(shù)字通信中的一種重要的調(diào)制方式。在恒參信道下，相移鍵控比 ASK 及 FSK 具有較高的抗干擾性能，而且能較高地利用頻帶，所 以相移鍵控是一種高傳輸效率的調(diào)制方式，在中、高速數(shù)字通信中被廣泛采用。 3π /4，沒有二相位的跳變，經(jīng)過濾波以及硬限幅后的功率譜旁瓣恢復(fù)較小，其在非線性信道中可以獲得 。事實(shí)上，在很多有關(guān) QPSK 芯片對相位偏移的陳述中，都是以符號00 作為基準(zhǔn)相位來加以描述的 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 36 表 31 QPSK 碼字相位對應(yīng)關(guān)系 QPSK 是一種二維調(diào)制技術(shù)，其中水平軸稱為同相軸，垂直軸稱為正交軸分別對應(yīng)于星座圖上的 I 和 Q 坐標(biāo)。因此，二進(jìn)制的輸入數(shù)據(jù)需以2bit 為一組，叫做雙比特。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 39 圖 42 QPSK 星座圖 從圖 42可以看出 QPSK 的四種輸出相位，具有精確相同的幅度。具體變化的規(guī)則是用正電平和負(fù)電平分別表示二進(jìn)制數(shù)字“ 1”和“ 0”。 得到的 QPSK 信號然后送入信道進(jìn)行傳輸，在傳輸過程中由于信道的影響不可避免地會加入噪聲，在仿真中對 產(chǎn)生的 QPSK 信號加入高斯白噪聲。 位同步信號的提取 軟件無線電 中 的 QPSK解調(diào)原理框圖如圖 411。 圖 4－ 14接收端得到 的 NRZ 碼 最終還需要把恢復(fù)的 NRZ 碼再變?yōu)槎M(jìn)制碼序列。 首先 要特別感謝我的論文指導(dǎo)老師 — 謝印慶老師。最后，我想借此機(jī)會感謝四年以來給我?guī)椭乃行ｎI(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué) 。 3G inner receiver processing, UMTS Terminals and Software Radio (Ref. No. 1999/055), IEE Colloquium on , Page(s): 6/1 6/7, 26 April 1999 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 50 致謝 首先在這里感謝各位老師在百忙之中抽時間批閱我的論文，我是 05年的電子信息工程專業(yè)本科畢業(yè)生。 圖 4－ 13 接收端得到 I 路和 Q 路的 NRZ 碼 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 47 并串轉(zhuǎn)換器使得 I路和 Q路分量合成一路雙極性 NRZ 碼波形，具體實(shí)現(xiàn)的方法與 NRZ 碼變成 I 路和 Q 路分量相反。 圖 410 QPSK 解調(diào)原理 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 45 基于 軟件無線電的 QPSK 解調(diào)及其 Matlab 仿真 基于軟件無線電的 QPSK 解調(diào)方案 主要分為以下 幾 步： 同步載波提取 QPSK 解調(diào)的核心主要是同步載波的提取和位同步信息的提取 。 圖 4－ 7 I 路 和 Q 路的載波信號 得到的 工路分量和 Q 路分量再分別與載波信號 ? ? cos (t)c? 和? ?sin (t)c? 相調(diào)制，則產(chǎn)生的兩路信號分別為 ? ? I(t)cos (t)c? 和? ?Q(t)sin (t)c? 波形如下圖 48所示。隨機(jī)產(chǎn)生的 20 比特的二進(jìn)制碼序列如圖 44所示?？梢钥闯?， QPSK 是由兩路 BPSK 信號構(gòu)成，且兩路信號相互正交，即相位相差90 度。輸入到 QPSK 調(diào)制器的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制信號，需要產(chǎn)生 4種不同的輸入條件。在它們的相位偏移關(guān)系中，我們稱， 01 對 1 00 對 11 等，相位偏移 90 度 。π /4DQPSK最早是由貝爾實(shí)驗(yàn)室的 ，是對 QPSK和 OQPSK 的折衷。相對相移的實(shí)現(xiàn)通常是先進(jìn)行碼變換，將絕對碼變?yōu)橄鄬Υa，然后對相對碼進(jìn)行絕對相移。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、頻帶利用率高，缺點(diǎn)是抗噪聲性能差，而且它的最佳判決門限與接收機(jī)輸入信號的振幅有關(guān)，因而不易使取樣判決器工作在最佳狀態(tài)。π的相位變化，因此大大減少了包基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 33 絡(luò)波動，也降低了系統(tǒng)性能對信道非線性的敏感度。這樣一來，通過線性調(diào)制所獲得的頻譜效率在經(jīng)過非線性放大后就完全喪失了。其功率譜、信號相位轉(zhuǎn)移圖及誤碼率性能分別如圖 3圖 33和圖 34所示。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 30 四相相移鍵控（ QPSK） 簡介 QPSK 即為 Quadrature Phase Shift Keying,正交相移鍵控，或Quaternary Phase Shift Keying,四相相移鍵控，有時也稱為 4PSK。 軟件無線電中的 PSK 解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 信號表達(dá)式： ? ?0( ) ( ) c o s cmmS n A g n m n????? ? ?? ? ?? （ 2－ 25） 式中， , 0,1mii???? PSK 解調(diào)：對信號進(jìn)行正交分解后，得同相和正交分量： 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 28 同相分量 為： ? ?0( ) ( ) c o sImmX n A g n m ???? ????? （ 2－ 26） 正交分量 為： ? ?0( ) ( ) s i nQmmX n A g n m ???? ????? （ 2－ 27） 瞬時相位 n? 可以表示為： ? ?()nmm g n m?????????? （ 2－ 28） 在計算出瞬時相位 n? 后，對 n? 抽樣判決，即可恢復(fù) 數(shù)據(jù)。 對于連續(xù)波調(diào)制，已調(diào)信號的數(shù)字表達(dá)式為： ? ?120 s i n24( ) c o s c m n nTTmS n A n a ????? ??????? ??????? ? ???? （ 2－ 12） 調(diào)制信號可以分別“寄生”在已調(diào)制信號的振幅 A(n)、頻率 ()n? 和相位 ()n? 中，相應(yīng)的調(diào)制就是調(diào)幅、調(diào)頻及調(diào)相這三大類熟知的調(diào)制方式。在軟件無線電中解調(diào)一般采用數(shù)字相干解調(diào)的方法。在實(shí)現(xiàn) 2DPSK 調(diào)制時，只須把 2PSK 碼序列變成 2DPSK 碼，其他的操作和 2PSK 完全相同。 2PSK 的信號形式一般表示為 : （ 211） 式中， na 的取值為 1， +1，即發(fā)送二進(jìn)制符號 0 時 na 取 1，發(fā)送二進(jìn)制符號 1 時 na 取 1。我們可以采用多相濾波器來提高數(shù)據(jù)源的采樣速率，使得調(diào)制信號的采樣速率和載波的采樣速率一致。從理論上來說，各種通信信號都可以用正交調(diào)制的方法加以實(shí)現(xiàn)。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 21 數(shù)字調(diào)制的基本類型主要有振幅鍵控 (ASK)，頻移鍵控 (FKS)和相移鍵控 (PSK)等等。軟件無線電憑借離線軟件 (軟件工廠 ) 而支持業(yè)務(wù)增強(qiáng)。在一個軟件無線電 ( SDR )系統(tǒng)中， A/D 器件的位置非常重要，稱為數(shù)字接入點(diǎn)，它表明了數(shù)字化處理的起點(diǎn)。而且與 GSM 網(wǎng)絡(luò)完美兼容，不能不說是與軟件無線電技術(shù)的