【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： (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)在軍事通信中的應用 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(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，軟件無線電的特點和體系結(jié)構(gòu)能保證電臺的模塊化、通用化和系列化設計，有利于減少無線電設備及其保密機的品種，能降低電臺裝備和維護費用。 軟件無線電技術(shù)在 民用 通信中的應用 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，它有著廣泛的應用前景。作為網(wǎng)橋連接兩種不同的通信網(wǎng)絡 。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?？蔀檐浖o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目 ，由清華大學微波與數(shù)字通信國家重點實驗室承擔。軟件無線電具有靈活性、可擴展性等主要特點，這主要是因為軟件無線電的所有功能都是用軟件來實現(xiàn)的，通過軟件的增加、修改或升級就可以實現(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 : 實時信道處理流 實時信道處理實現(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。這些改進可以納入到樣機的信道處理流中，進行參數(shù)設置試驗， 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 20 圖 22 軟件無線電信號流 排除算法中的錯誤，最后確定改進的價值 (增加的用戶密度 ) 以及耗費的資源 (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式。 ASK 調(diào)制實現(xiàn)的研究 一個二進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，因而在接收端也必須有這樣一個固定的基準相位作參考。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(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)），當同頻同相不滿足時，解調(diào)就會嚴重失真。 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制信息碼元，即用載波的一個相位對應于一組二進制信息碼元。四相相移鍵控（ QPSK）是一種性能優(yōu)良，應用十分廣泛的數(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 標準系統(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，同時系統(tǒng)設備復雜，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行解調(diào)，一方面簡化了設備，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較小，其在非線性信道中可以獲得 。事實上，在很多有關 QPSK 芯片對相位偏移的陳述中，都是以符號00 作為基準相位來加以描述的 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 36 表 31 QPSK 碼字相位對應關系 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于星座圖上的 I 和 Q 坐標。因此，二進制的輸入數(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)則是用正電平和負電平分別表示二進制數(shù)字“ 1”和“ 0”。 得到的 QPSK 信號然后送入信道進行傳輸，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 最終還需要把恢復的 NRZ 碼再變?yōu)槎M制碼序列。 首先 要特別感謝我的論文指導老師 — 謝印慶老師。最后，我想借此機會感謝四年以來給我?guī)椭乃行ｎI導、老師和同學 。 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。隨機產(chǎn)生的 20 比特的二進制碼序列如圖 44所示。可以看出， 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最早是由貝爾實驗室的 ，是對 QPSK和 OQPSK 的折衷。相對相移的實現(xiàn)通常是先進行碼變換，將絕對碼變?yōu)橄鄬Υa，然后對相對碼進行絕對相移。其優(yōu)點是設備簡單、頻帶利用率高，缺點是抗噪聲性能差，而且它的最佳判決門限與接收機輸入信號的振幅有關，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)實現(xiàn)的研究 33 絡波動，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)實現(xiàn)的研究 信號表達式： ? ?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 數(shù)據(jù)。 對于連續(xù)波調(diào)制，已調(diào)信號的數(shù)字表達式為： ? ?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)送二進制符號 0 時 na 取 1，發(fā)送二進制符號 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)制的方法加以實現(xiàn)。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(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)務增強。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，它表明了數(shù)字化處理的起點。而且與 GSM 網(wǎng)絡完美兼容，不能不說是與軟件無線電技術(shù)的