【導(dǎo)讀】摘要隨著無(wú)線通信技術(shù)的高速發(fā)展，不同無(wú)線通信系統(tǒng)間的難以兼容就成了急需解決的問(wèn)題，軟件無(wú)線電技術(shù)正是適應(yīng)這種需求。SDR將朝著理想的SR方向發(fā)展，其數(shù)字化將在天線端進(jìn)行，所需要的所有處理都通過(guò)駐留在高速數(shù)字信號(hào)處理單元中的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。本論文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的發(fā)送和接收系統(tǒng)基于DSP芯片，并完成了部分關(guān)鍵軟件無(wú)線電技術(shù)的研究。軟件無(wú)線電是基于一個(gè)開(kāi)放的，標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化，通用平臺(tái)。各種波形的實(shí)現(xiàn)與軟件，其中包括頻率范圍，調(diào)制信號(hào)，數(shù)據(jù)類型和通信協(xié)議，安全的關(guān)鍵。此外，使用軟件的方法來(lái)取代以往的模擬電路，其功能的實(shí)現(xiàn)。軟件無(wú)線電系統(tǒng)是建立在DSP硬件平臺(tái)的。本文提出了一種基于DSP的軟件無(wú)線電系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，給出了軟件無(wú)線電系統(tǒng)中采用的總體結(jié)構(gòu)。芯片結(jié)合軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信功能，該系統(tǒng)還計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)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。大部分專家認(rèn)為，“軟件定義無(wú)線電”將是一個(gè)解決全球無(wú)

　　

【正文】 制信號(hào)的信息包含在I(t)和Q(t)內(nèi)。在數(shù)字域內(nèi)實(shí)現(xiàn)時(shí)要對(duì)上式進(jìn)行數(shù)字化,即 (42)為采樣頻率的角頻率。在對(duì)調(diào)制信號(hào)和載波頻率進(jìn)行數(shù)字化時(shí),采樣頻率可能不同,其中的多相濾波器的主要作用就是用來(lái)增加數(shù)據(jù)源的采樣速率,使得調(diào)制信號(hào)的采樣速率和載波的采樣速率相同。 AM調(diào)制算法及其DSP實(shí)現(xiàn)調(diào)幅是使高頻載波的頻率隨信號(hào)改變的調(diào)制，是使載波的振幅隨調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而變化。用單音信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅時(shí),其表達(dá)式可改寫為: ,其中為調(diào)制信號(hào),為調(diào)制指數(shù),它的范圍在(0,l)之間,如果l,已調(diào)波的包絡(luò)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的失真效果,但不能恢復(fù)到原來(lái)的調(diào)制信號(hào)的波形,也就是說(shuō)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的調(diào)幅。如果是正交調(diào)制,只要令就行了。用 MATLAB 進(jìn)行算法驗(yàn)證，得到調(diào)幅波，如圖 所示。圖 調(diào)幅調(diào)制仿真波形雖然調(diào)制的方式會(huì)有所不同，但實(shí)際上不超過(guò)一個(gè)（或幾個(gè)）的調(diào)制參數(shù)來(lái)控制所述調(diào)制載波信號(hào)，使這個(gè)參數(shù)按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化。載波可以是正弦波或脈沖序列，以正弦型信號(hào)作為載波的調(diào)制叫做連續(xù)波調(diào)制。這里只討論連續(xù)波調(diào)制信號(hào)解調(diào)。軟件無(wú)線電解調(diào)方法也可以實(shí)現(xiàn)軟件，采用相干解調(diào)的一般方法。正交調(diào)制法從理論上來(lái)說(shuō)可以對(duì)幾乎所有的調(diào)制樣式進(jìn)行解調(diào),。NCOS（n）LPFLPF解調(diào)算法解調(diào)輸出Cos（w）Sin（w） 數(shù)字正交解調(diào)的實(shí)現(xiàn)框圖己調(diào)信號(hào)的數(shù)字表達(dá)式為: (43)調(diào)制信號(hào)可以分別“寄生”在已調(diào)信號(hào)的振幅、頻率和相位中,相應(yīng)的調(diào)制就是調(diào)幅、調(diào)頻及調(diào)相這三大類調(diào)制方式,由于頻率與相位有著一定的關(guān)系,為便于分析,可將上式改寫為: (44)式中表示載波的角頻率。所以,有: (45)即: (46)式中=,=。這就是我們所希望獲得的同相和正交的兩個(gè)分量,根據(jù)和,就可以對(duì)各種調(diào)制樣式進(jìn)行解調(diào)了。 AM解調(diào)算法及其DSP實(shí)現(xiàn)據(jù)上節(jié)的信號(hào)解調(diào)通用模型的分析可知,對(duì)于式44,AM調(diào)制信號(hào)的；；為調(diào)制信號(hào)； (n)= 為載波的初始相位。對(duì)信號(hào)進(jìn)行正交分解,得到同相、正交分量,同相分量為,正交分量為,有,可知對(duì)同相和正交分量平方之和開(kāi)方再減去直流分量就可以解調(diào)得到調(diào)制信號(hào)。與AM調(diào)制相對(duì)應(yīng),在DSP中實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的AM解調(diào)軟件無(wú)線電接收系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)下變頻,AM解調(diào),低通濾波。用 MATLAB 進(jìn)行算法驗(yàn)證，得到解調(diào)波，如圖 。圖 調(diào)幅解調(diào)仿真波形 數(shù)字濾波器的選擇與實(shí)現(xiàn)采樣定理是基于理論的軟件無(wú)線電，軟件無(wú)線電的第一要解決的問(wèn)題是如何對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，這是所需的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣。這不僅是最基本的軟件無(wú)線電是最關(guān)鍵的問(wèn)題，下面進(jìn)行詳細(xì)討論和闡述。Nyquist采樣定理：設(shè)有一時(shí)間連續(xù)頻率帶限信號(hào)頻率帶寬為 2，其頻帶限制在 0:內(nèi)。如果用抽樣頻率為對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，且滿足≥2，則樣值序列可以無(wú)失真地恢復(fù)原時(shí)間連續(xù)信號(hào)。這就是Nyquist采樣定理，簡(jiǎn)稱采樣定理[19]。數(shù)字濾波器可分為有限沖激響應(yīng)(FIR)和無(wú)限沖激響應(yīng)（IIR）。IIR 數(shù)字濾波器是遞歸結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，F(xiàn)IR 是非遞歸結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。IIR 濾波器可以用比 FIR 濾波器少的階數(shù)來(lái)滿足相同的技術(shù)指標(biāo)，但 FIR 濾波器可得到嚴(yán)格的線性相位而 IIR 濾波器卻不能得到，有限字長(zhǎng)效應(yīng)對(duì) IIR 濾波器的影響也較大易造成其不穩(wěn)定。而本論文中對(duì)相位的線性要求比較高，因此采用 FIR 濾波器。FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)方法有很多，本論文采用了系數(shù)對(duì)稱 FIR 濾波器的實(shí)現(xiàn)方法。因?yàn)橐骖橠SP的處理速度和濾波器的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)中采用了30階的 FIR 濾波器，其系數(shù)對(duì)稱，有：,其輸出方程為：可見(jiàn)乘法運(yùn)算的次數(shù)減少了一半,減少了DSP的運(yùn)算次數(shù)。DSP的FIR濾波器實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要在存儲(chǔ)器中構(gòu)建一個(gè)循環(huán)緩沖器，這個(gè)循環(huán)緩沖器就是一個(gè)包含最新數(shù)據(jù)在內(nèi)的滑動(dòng)窗口[20]。當(dāng)新的數(shù)據(jù)將要來(lái)臨時(shí)，緩沖器就會(huì)覆蓋最早的數(shù)據(jù)。匯編指令系統(tǒng)中，其循環(huán)尋址方式可以很方便的實(shí)現(xiàn)以上設(shè)計(jì)思想。用循環(huán)緩沖器大小寄存器（BK）確定緩沖器的大小，長(zhǎng)度為R的循環(huán)緩沖器必須從一個(gè)N bit（N滿足2nR的最小整數(shù)）邊界開(kāi)始，即循環(huán)緩沖器基地址的最低N位必須為0。R的值必須裝入BK。循環(huán)緩沖器的有效基地址（EFB）就是程序中選定的輔助寄存器（ARx）的低 N 位置0后所得到的數(shù)值。循環(huán)緩沖器的尾地址（EOB）是通過(guò)用BK 的低 N 位代替 ARx 的低 N 位所得到的。循環(huán)緩沖器的指針（INDEX）就是 ARx 的低 N位，步長(zhǎng)（step）就是加到輔助寄存器或從輔助寄存器中減去的值。 AM調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)分析以上算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程只對(duì)AM調(diào)制解調(diào)作了基本的論述分析，但實(shí)現(xiàn)過(guò)程有著廣泛的普遍性。目前最常用的模擬調(diào)制方式主要有:AM、FM、SSB 等，數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式很多，如QPSK、MSK、GMSK、ASK、FSK、PSK 等等。如果按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，每個(gè)需要實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)，硬件電路，然后是通信設(shè)備，或者如果你想要兼容幾十調(diào)制，然后將電路非常復(fù)雜，而且無(wú)法隨需求來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展。軟件無(wú)線電是以通用數(shù)字信號(hào)處理的硬件系統(tǒng)為平臺(tái)的，使用各種調(diào)制和解調(diào)方式，每個(gè)調(diào)制算法都可以用一個(gè)軟件模塊實(shí)現(xiàn)，當(dāng)需要采用某種調(diào)制方式的時(shí)候，可以加載適當(dāng)?shù)某绦虬?，這樣就可以通過(guò)不斷地更新軟件模塊以適應(yīng)不斷變化的通信系統(tǒng)，使軟件無(wú)線電具有極大的開(kāi)放性和靈活性。通過(guò)AM調(diào)制解調(diào)的實(shí)現(xiàn)證實(shí)了軟件無(wú)線電技術(shù)在基于 DSP的硬件系統(tǒng)上是完全可行的，要實(shí)現(xiàn)不同的調(diào)制只需加載相應(yīng)的軟件模塊，而無(wú)需改變硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了新一代通信平臺(tái)的開(kāi)放性，可擴(kuò)展性的要求。結(jié) 論軟件無(wú)線電技術(shù)被認(rèn)為是未來(lái)通信以及未來(lái)無(wú)線電技術(shù)發(fā)展的方向，它強(qiáng)調(diào)的是使通信系統(tǒng)從硬件結(jié)構(gòu)的桎梏中解放出來(lái)，提出了以開(kāi)放性的最簡(jiǎn)硬件為通用平臺(tái)，使用可升級(jí)、可重新配置的應(yīng)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)各種無(wú)線電功能的設(shè)計(jì)新思路。由于受到硬件性能如A/D、D/A及DSP芯片處理速度的限制,目前的軟件無(wú)線電系統(tǒng)中多采用折中的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的,增加了專用的數(shù)字變頻器或者運(yùn)行數(shù)字變頻的算法,使射頻信號(hào)變頻到中頻去,然后再進(jìn)行基帶的信號(hào)的處理,這樣的軟件無(wú)線電系統(tǒng)又被稱為“軟件定義無(wú)線電”,它并不是真正意義上的軟件無(wú)線電。本論文實(shí)現(xiàn)了軟件無(wú)線電的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究,并在美國(guó)德州儀器公司(TI)的TMS320DM642上加以實(shí)現(xiàn),這主要是一種軟件無(wú)線電技術(shù)研究方法上的創(chuàng)新。整個(gè)設(shè)計(jì)階段，軟件算法是系統(tǒng)成功的關(guān)鍵在實(shí)現(xiàn)特定的算法設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，在此過(guò)程中，對(duì)所學(xué)的基礎(chǔ)理論的理解更加深刻。軟件無(wú)線電技術(shù)涵蓋范圍廣泛，基于DSP也很難實(shí)現(xiàn)，由于時(shí)間的限制和技術(shù)水平，該系統(tǒng)仍有許多方面有待提高。論文中設(shè)計(jì)的軟件無(wú)線電模型十分簡(jiǎn)單，下一步可以在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)更接近理想中頻帶通無(wú)線電系統(tǒng)，使A/D更接近天線，信號(hào)載波更接近實(shí)際應(yīng)用的中頻頻率。致 謝在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我遇到了許多意想不到的困難，經(jīng)過(guò)老師和同學(xué)的幫助都一一得到了解決。在這里我首先要感謝的是田老師，她在我畢業(yè)設(shè)計(jì)整個(gè)過(guò)程中給予了我大力的幫助，讓我學(xué)到了許多設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，感謝她給我所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)提出的許多寶貴的意見(jiàn)和建議，以及提出的系統(tǒng)的不足之處，還有我的組員們，能讓我在設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷的去完善這個(gè)軟件無(wú)線電系統(tǒng)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中我學(xué)到了很多東西，受益非淺，在此表示衷心的感謝！ 因?yàn)榇笏漠厴I(yè)之際，我忙著找工作，起初的中期檢查并沒(méi)有認(rèn)真的完成，但是田老師非常有耐心，也非常的體諒我，她給我提出了許多寶貴的意見(jiàn)，讓我知道了做畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義和重要性。田老師和藹的笑容如春風(fēng)化雨，滋潤(rùn)人心，在她的指導(dǎo)下做畢業(yè)設(shè)計(jì)，我非常的榮幸。再次向老師表達(dá)我的謝意！ 最后，即將畢業(yè)，非常感謝這個(gè)我生活和學(xué)習(xí)的美麗校園，在這個(gè)美麗的學(xué)校里，我學(xué)習(xí)著、收獲著、成長(zhǎng)著，到如今準(zhǔn)備畢業(yè)，相信不管未來(lái)在哪，我都會(huì)記得這個(gè)揮灑青春和汗水的地方。參考文獻(xiàn) : [1].吳啟暉，莫永成，王金龍等．第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的軟件無(wú)線電技術(shù)[M]．移動(dòng)通信，2000．2：15～19[2].鈕心忻，楊義先．軟件無(wú)線電技術(shù)與應(yīng)用．北京：北京郵電出版社，2000．9．10～13[3].吳利民，薛峰，吳寧生．軟件無(wú)線電技術(shù)及其應(yīng)用．武漢：武漢大學(xué)出版社，2000．6．14～21[4].Joseph Mitola．The Software Radio Architecture．IEEE 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