【正文】 發(fā)展和技術(shù)成熟有著緊密的聯(lián)系。同年 4月的 IEEEJSAC 也刊載了軟件無線電的系列文章。該項目目前還無法用于移動通信，因為處理能力還不能滿足實時信號處理要求。發(fā)射機采用了直接變換 (基帶到射頻 )技術(shù)，接收機則采用了超外差的雙中頻結(jié)構(gòu)。 聯(lián)合作戰(zhàn)信息終端 (JCIT)是一個由美軍海軍研究實驗室開發(fā)的具有可編程調(diào)制解調(diào)的多波段、多功能終端。它在演示中實現(xiàn)了如下功能 :可以分別與美軍現(xiàn)役的四 種電臺進行通信 。 軟件無線電技術(shù)是 TDSCDMA的核心技術(shù)之一。 在第三代系統(tǒng)中引入軟件無線電技術(shù)，特別是利用軟件無線電技術(shù)實現(xiàn) 第三代多模多媒體終端 [14] [15]，對軟件無線電的相 關(guān)技術(shù)提出了非常高的要求。軟件無線電可擺脫傳統(tǒng)的基于點對點組網(wǎng)的限制，通過采用分組無線電等通信協(xié)議，可組成包括柵格網(wǎng)在內(nèi) 面 向任意拓撲結(jié)構(gòu)的無線電網(wǎng)絡。 (6) 信令處理部分 軟件無線電用于實現(xiàn)多?；ヂ?lián)時，需實現(xiàn)通用信令處理，而軟件無線電的任務是將通信協(xié)議及軟件標準化、通 用化和模塊化，所以有必要把現(xiàn)有的各種無線信令按軟件無線電的要求劃分成幾個標準的層次，開發(fā)出標準的信令模塊，研究通用信令框架。 (4) 數(shù)字下變頻部分 數(shù)字下變頻（ DDC）是 A/D 變換后首先要完成的處理工作，是系統(tǒng)中數(shù)字處理運算量最大的部分，也是最難完成的部分，包括數(shù)字下變頻、濾波和重采樣。 (2) 寬帶段射頻前端和功率放大 寬帶射頻前端要求有較寬的頻率范圍。前兩種結(jié)構(gòu)為理想的軟件無線電結(jié)構(gòu)，但對 A/D 轉(zhuǎn)換器的性能，DSP 的處理速度等要求都比較高，現(xiàn)階段難以實現(xiàn)。也就是說通過使用可編程器件 DSP 和硬件支持來 完成數(shù)字領域中的大部分信號處理 ,但是有些信號處理仍需借助 模擬電路來完成，如 RF,IF。軟件無線電系統(tǒng)的無線電功能是基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 7 通過軟件而不是固定的硬件電路來完成的。我國的大唐公司向國際電信聯(lián)盟（ ITU）提交并被采納的第三代移動通信標準 TDSCDMA 中也采用了軟件無線電技術(shù)。大部分專家提出，把硬件收發(fā)系統(tǒng)作為基本平臺， A/D、 D/A 變換盡量靠近天線，將盡可能多的無線通信功能用軟件實現(xiàn)，這就是所謂的軟件無線電。 顯然 ,研究軟件無線電中的調(diào)制解調(diào)技術(shù)對于現(xiàn)代移動通信技術(shù)發(fā)展的非常必要。例如第二代移動通信就有 GSM、窄帶 CDMA 等，第三代移動通信的主流標準有 WCDMA、 TDSCDMA 和 CDMA20xx。 本文在深入地研究了國內(nèi)外有關(guān)軟件無線電調(diào)制解調(diào)方面論文的情況下， 以現(xiàn)代移動通信最常使用的 QPSK 調(diào)制解調(diào)模式為研究對象，給出了具體的調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的方法， Matlab 仿真。其中， QPSK 調(diào)制與解調(diào)是一種性能較好，易于實現(xiàn)且已廣泛應用于實踐的調(diào)制解調(diào)方式。 移動通信發(fā)展到現(xiàn)在，出現(xiàn)了多種通信制式、多種通信標準并存的現(xiàn)象。針對這種情況，可以在移動基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 5 通信 的調(diào)制解調(diào) 中引入軟件無線電，充分利用軟件無線電技術(shù)帶來的系統(tǒng)靈活性和通用性，實現(xiàn)移動通信中多種 調(diào)制方式 的并存，以及 實現(xiàn)與先前的移動通信 系統(tǒng) 調(diào)制解調(diào)方式 的兼容，并對將來新的通信 所采用的調(diào)制解調(diào)方式 的引入和升級帶來非常大的便利，保護了運營商和用戶的利益。 面對這一問題，國際上進行了大量的研究。在我國，對軟件無線電技術(shù)也相當重視，在“九五”和“十五”預研項目和“ 863”計劃中都將軟件無線電技術(shù)列為重點研究項目。功能的軟件化勢必要求減少功能單一，靈活性差的硬件電路，尤其減少模擬環(huán)節(jié)。 軟件定義的無線電（ SDR）是指在目前技術(shù)條件下可實現(xiàn)的軟件無線電。它們的結(jié)構(gòu)框圖如圖 12所示?，F(xiàn)有的軟 件無線電研究和實驗系統(tǒng)中一般采用雙總線結(jié)構(gòu)。在無線通信中，信噪比（ SNR）與無寄生動態(tài)范圍（ SFDR）等技術(shù)指標也非常重要。當單片處理能力不足時，可采用多片 DSP并行處理提高運算能力。 軟件無線電還可以 可提高野戰(zhàn)通信的抗毀能力。針對這種情況，可以在第三代移動通信發(fā)展中引入軟件無線電，充分利用軟件無線電技術(shù)帶來的系統(tǒng)靈活性和通 用性，實現(xiàn)第三代移動通信中多種空中接口的并存，以及第三代與 GSM 系統(tǒng)的兼容，并對將來新的通信標準的引入和升級帶來非常大的便利，保護了運營商和用戶的利益。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 14 在我國自行提出的 TDSCDMA 第三代移動通信 技術(shù)標準中，自豪地提出了利用軟件無線電技術(shù)完成設計的任務。 SPEAKeasyⅠ 在 1994 年完成，當年八月進行了樣機演示。目前該技術(shù)正被應用于 JTRS、地空數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器 (GADM)和其他項目。 FIRST 項 目 1998 年完成，建成了 4個樣機 (demonstrator)，每一個都可配置為基站 (base)或移動臺(mobile)。 Spectrum Ware 的處理平臺為采用 Linux 操作系統(tǒng)的 DEC Alpha 工 作站 ，寬帶中頻采樣數(shù)據(jù)通過 PCI插卡進入系統(tǒng)，大部分的后續(xù)數(shù)據(jù)處理由四片 INTELMMX200 完成。1999 年 2 月的 IEEE 通信雜志以軟件無線電全球化為主題，刊載了關(guān)于軟件無線電特性的系列文章。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 17 目前，在我國第三代移動通信已全面鋪開，用戶可以通過手機終端、筆記本終端無線高速上網(wǎng) ，收看電視節(jié)目。理想的軟件無線電如下圖 2一 1 所示 圖 21 理想軟件無線電 由于天線與 ADC 器件帶寬等因素限制，上述的理想軟件無線電 ( SWR ) 目前無法實現(xiàn)，工程上實現(xiàn)的稱為軟件定義的無線電 (Software 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 19 defined radio )。 離線軟件支持 離線工具包括實現(xiàn)系統(tǒng)分析、增強信號處理等的軟件平臺。 數(shù)字信號可以看成是模擬信號的特殊情況，在這種意義上可以把連續(xù)波數(shù)字調(diào)制看成是連續(xù)波模擬調(diào)制的特殊情況。 在當代通信中，通信信號的種類很多，下面僅就 PSK 信號的實現(xiàn)方法加以討論。在對調(diào)制信號和載波頻率進行數(shù)字化時，其采樣頻率可能 不一樣。 PSK 調(diào)制實現(xiàn)的研究 2PSK方式是鍵控的載波相位按基帶脈沖序列的規(guī)律而改變的數(shù)字調(diào)制方式。 2DPSK 和 2PSK 只是對信源數(shù)據(jù)的編碼不同。 軟件 無線電中由于大部分功能用用軟件實現(xiàn)，硬件的總體成本降低。載波可以是正弦波或脈沖序列，以正弦型信號作為載波的調(diào)制叫做連續(xù)波調(diào)制。 FSK 解調(diào)同樣要先對信號進行正交分解，得同相和正交分量： 同相分量為： 0( ) ( ) s i n ( )QmmX n A g n m a n???? ? ?? ? ?? （ 2－ 22） 正交分量為： 0( ) ( ) s i n ( )QmmX n A g n m a n???? ? ?? ? ?? （ 2－ 23） 瞬時頻率 f(n)可以表示為 ： ( ) ( 1 )()( ) ( 1 )()IImmX n X nf n a r c tg a r c tgX n X ng n m a ???? ? ?? ? ? ????? ? ? ??? ? ? ?? ? ?? （ 2－ 24） 在計算出瞬時頻率 f(n)后，對 f(n)經(jīng)抽樣門限判決，即可恢復出傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。因此，其帶寬與 MASK 信號帶寬相同，帶寬的產(chǎn)生也可按類似于產(chǎn)生雙邊帶正 交調(diào)制信號的方式實現(xiàn)。 由圖 31得到的 QPSK 信號是一個抑制載波的單邊帶信號，即在已調(diào)基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 32 射頻信號中不存在載波分量和下邊帶分量。經(jīng)過非線性放大后系統(tǒng)的誤碼性能也會下降。由于載波中不存在177。 振幅調(diào)制是最早應用的數(shù)字調(diào)制方式，它是一種線性調(diào)制系統(tǒng)。相對相移是依靠前后兩個接收碼元信號的相位差基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 34 來恢復數(shù)字信號的，所以不存在相位模糊的問題。然而 OQPSK 需要采 用相干解調(diào)，在低波特率的應用場合，當多普勒延遲非常顯著時，不再適合采用相干解調(diào)。如下 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 35 圖 35 QPSK 星座圖 上圖星座圖中， 1 0 00、 10 分別對應于己調(diào)信號相位π / 3π / 5π / 7π /4,初始載波相位通常設為 0。 QPSK 因為有 4種不同的輸出相位，所以必須有 4 種不同的輸入條件。 (a) 雙路二相調(diào)制合成法 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 38 (b) 相位選擇法 圖 41 QPSK 調(diào)制的原理圖 雙路二相調(diào)制合成法，是將輸入的二進制信號，以 2bit 為一組，經(jīng)串 并變換，分成速率減半的兩路，每路經(jīng)過極性轉(zhuǎn)換變成雙極性信號后，分別對兩個相互正交的載波進行二進制調(diào)相，然后相加就得到了 QPSK 信號，為了表示方便，圖中載波和 信號電平幅度作了歸一化處理。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 40 圖 4－ 3 產(chǎn)生 QPSK 信號 根據(jù) QPSK 調(diào)制的原理，在對 QPSK 調(diào)制進行 Matlab 仿真時，第一步要產(chǎn)生二進制隨機碼序列。產(chǎn)生的兩路載波信號具有相同的幅值和頻率。 見圖 410。在系統(tǒng)框圖上完成這個任務是通過積分器和檢測器完成的。 QPSK 全數(shù)字解調(diào)算法 , 應用科學學報 ,199411 [2] 謝印慶，軟件無線電 GMSK與 QPSK 調(diào)制解調(diào)及其 TMS320C6711DSP 實現(xiàn)的研究，碩士學位論文 , [3] 楊小牛，皺少丞 等 ，軟件無線電技術(shù)與實現(xiàn)，電子工業(yè)出版社， [4] 張煥梅，陳西宏，第三代移動通信系統(tǒng)中的軟件無線電，通信技術(shù)， 20xx， [5] 姜宇柏，游思晴 ，軟件無線電原理與工程應用，機械工業(yè)出版社， [6] 劉敏 ， 基于軟件無線電的π /4QPSK 與 GMSK 調(diào)制系統(tǒng)實現(xiàn) [J].南京航空航天大學學報， [7] 黃智偉，王彥等編著 ， FPGA系統(tǒng)設計與實踐 ， 電子工業(yè)出版社 20xx [8] 劉漢，陳景新， QPSK 全數(shù)字解調(diào)算法，應用科學學報， [9] 劉會杰 ,張乃通 ,QPSK 信號相干載波提取的仿真研究 [J],系統(tǒng)工程與電子技術(shù) , [10] 梁兵 .適用于數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的幾種數(shù)字調(diào)制技術(shù) [J].微波與衛(wèi)星通信， 1994. [11] 王際兵 ,趙明 ,姚彥 ,軟件無線電實現(xiàn)方案研究 [J]通信學報 , [12]李燕春 ,QPSK 調(diào)制解調(diào)器及用于圖象和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，碩士學位論文， [13] Peter Cook.” SDRF Request for Information: SDRF Wireless Security Overview” . [14] S. Kourtis, P. McAndrew, P. Tottle, Software radio 2G amp。 畢業(yè)設計， 也將為我充實的大學生涯畫上一個完滿的句號 。在我的論文撰寫過程中，謝 老師給了我很大的幫助。具體的方法是用二進制 1 碼來替換 NRZ 碼的＋ 1 電平，用 0來替換 NRZ 碼的 1電平。 圖 4－ 11 QPSK 解調(diào) 接收到的信號通過串并轉(zhuǎn)換器變成 I 路分量和 Q 路分量，然后再分別利用與調(diào)制所使用的同頻同相的 ? ? cos (t)c? 和 ? ?sin (t)c? 相乘的方式來基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 46 進行相干解調(diào)。 為了便于比較，把 QPSK 信號的波形與帶有噪聲的 QPSK 信號的波形放在了一起，便于直觀的比較。20 比特的二進制隨機序列轉(zhuǎn)化為雙極性 NRZ 碼如圖 45所示。因此，二進制信息必須完全按輸出信號相位編碼，這是鑒別 PSK 與 QAM 不同的最重要的特性。每一雙比特碼產(chǎn)生 4 種可能輸出相位中的 1種。同相載波指載波本身，正交載波指相位旋轉(zhuǎn) 90度的載波。在誤碼率方面，和 QPSK相比，在無噪聲時π /4DQPSK 的誤碼率只比 QPSK 低約 。 相位調(diào)制中常采用的是四相和八相調(diào)制，均可看作是振幅相等而相位不同的調(diào)制，傳輸效率高，得到廣泛的應用。其優(yōu)點在于抗干擾能力強，缺點是占用頻帶較寬，尤其是 多進制調(diào)頻系統(tǒng)，頻帶利用率低。為了減少π /4QPSK 在快衰落移動信道中時延擴散對系統(tǒng)性能的影響，采用這種調(diào)制方式的數(shù)字移動通信系統(tǒng)都使用突發(fā)模式如 TDMA、 FHMA 來進行數(shù)據(jù)傳輸。 為了解決這些問題，人們采用了基帶濾波、相位交錯、差分編碼等方法，由貝 爾電話實驗室的貝克爾（ Baker）于 1962 年首先提出了π/4QPSK 這種調(diào)制方式。而從圖中我們可以看到， QPSK 信號頻譜的滾降速度很慢，遠遠達不到要求。 它可以看成由兩個 BPSK 調(diào)制器構(gòu)成，這在上一節(jié)中我們已經(jīng)講述過了。如果載波有 2k 個相位，它可以代表 k 位二進制碼元的不同碼組。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究