【正文】 mcmS n a g n m n????? ? ?? ? ?? （ 2－ 17） 式中， ma 為輸入碼元，且 ma ∈｛ 0,1｝ ； ()gn m? 是幅度為 1，寬度為碼元傳輸速率倒數(shù)的矩形脈沖門函數(shù)。 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)。 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(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。 盡管調(diào)制樣式多種多樣，但實質(zhì)上調(diào)制不外乎用調(diào)制信號去控制載波的一個（或幾個）參數(shù)，使這個參數(shù)按照調(diào)制信號的規(guī)律而變化的過程。由于正交解調(diào)法在一定程度上能克服以上這些弱點，因此，軟件無線電的解調(diào)一般采用數(shù)字正交解調(diào)法。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。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。在解調(diào)需要用硬件電路實現(xiàn)的時代，當(dāng)然有其存在的理由，但其不足也是顯而易見的，如非相干解調(diào)過程中通常存在的“門限效應(yīng)”。上述信息碼的相對碼為 : 2DPSK 編碼 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 軟件無線電中的解調(diào)實現(xiàn)的研究 為了便于信號發(fā)射，提高信道利用率、發(fā)射功率以及改善通信質(zhì)量，人們研制出各種通信信號的調(diào)制樣式，相對于調(diào)制的逆過程――解調(diào)也因調(diào)制樣式的不同而不一樣，解調(diào)方法大致有相干解調(diào)和非相干解調(diào)二類。 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。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。 2DPSK 是利用前后相鄰碼元的相對載波相位去表示數(shù)字信息的一種表示方法。即存在“倒π”現(xiàn)象。 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。 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。因此，只要把調(diào)制數(shù)據(jù)序列形成矩形脈沖，并把 2FSK 看成兩個 ASK 信號 相加就可以了，并令 （ 29） （ 210） 然后再利用 式 (2－ 6)，式 (2－ 7)就可以實現(xiàn)正交調(diào)制。 FSK 調(diào)制實現(xiàn)的研究 2FSK 信號是符號 O對應(yīng)載波角頻率為 1? ，符號 1對應(yīng)載波角頻率為2? 的己調(diào)波形。 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。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。 S(n)=I(n)cos (nω c/ω s)+Q(n)sin(nω c/ω s) （ 22） ω s為采樣頻率的角頻率。調(diào)制信號的信息包含在 I(t)和 Q(t)內(nèi)。 可以寫出它的時域表達式。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)。軟件無線電的各種調(diào)制完全可以基于數(shù)字信號處理技術(shù)來實現(xiàn)。每一種調(diào)制算法都做成軟件模塊形式，要產(chǎn)生某種調(diào)制信號只需調(diào)用相應(yīng)的模塊即可。如果要增加一種新的 調(diào)制方式就非常困難。 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。 數(shù)字信號的載波傳輸，就是指以正弦信號為載波傳輸或運載數(shù)字信息的信息傳輸方式。這樣，軟件無線電通信網(wǎng)就可以提供新的業(yè)務(wù)。這些改進可以納入到樣機的信道處理流中，進行參數(shù)設(shè)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 )。軟件無線電憑借離線軟件 (軟件工廠 ) 而支持業(yè)務(wù)增強。 在線自適應(yīng) 在線自適應(yīng)功能的目的是根據(jù)無線電環(huán)境實現(xiàn)信噪比 (SNR)/誤比特率 (BER)優(yōu)化，頻帶與模式選擇優(yōu)化等，提供高的服務(wù)質(zhì)量 (QoS)。它可以從頻域、時域、空域多個角度描述無線電環(huán)境，完成信道識別、環(huán)境參數(shù)如信道干擾電平估值等等。 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。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。一個軟件無線電系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成 :包括天線在內(nèi)的射頻處理模塊、寬帶 A/D與 D/A轉(zhuǎn)換器件、高速數(shù)字信號處理模塊。同樣，我們這章所要討論的軟件無線電中的調(diào)制 和解調(diào) 最終也要通過軟件來實現(xiàn)。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。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)的發(fā)展和技術(shù)成熟有著緊密的聯(lián)系。甚至有人預(yù)言軟件無線電系統(tǒng)將成為遙測的“萬能工具”。中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心研制了采用軟件無線電技術(shù)的空基遙科學(xué)指令接收機，調(diào)試時在不改變硬件的前提下完成了對 BPSK 與 QPSK 兩種調(diào)制方式的解調(diào)。 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(xué)微波與數(shù)字通信國家重點實驗室承擔(dān)。同年 4月的 IEEEJSAC 也刊載了軟件無線電的系列文章。第一次亞洲軟件無線電學(xué)術(shù)研討會則于 1998 年 4 月在日本召開，同年 6 月在希臘召開了第一次軟件無線電國際學(xué)術(shù)研討會。該論壇 1999 年更名為 SDR 論壇。 IEEE 通信雜志 1995年 5月出了一期?？?，成為軟件無線電發(fā)展過程的中的里程碑。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。由于在結(jié)構(gòu)上與基于通用計算機的“虛擬儀器”相似，又被稱為“虛擬無線電” (Virtual Radio)。該項目研究 了一些關(guān)鍵技術(shù)問題如空中接口、復(fù)用、高性能自適應(yīng)編碼 (如 turbo碼 )、 DSP 算法倉庫等，還對比特率與空中接口自適應(yīng)、基于網(wǎng)絡(luò)的軟件下載、多媒體服務(wù)提供等方面進行了探討 Spectrum Ware 項目是由麻省理工學(xué)院 (MIT)計算機科學(xué)實驗室開發(fā)的基于通用處理器的軟件無線電系統(tǒng)。最大信道帶寬 ， A/D 采樣精度為 12bit。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)。它的前身可以追溯到英國 B 班 STOL 大學(xué) 1989年開始的 800/900MHz 多模無線電。截至 20xx 年 6 月， 原型 樣機已經(jīng) 實現(xiàn)了許多技術(shù)指標(biāo)。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。 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。實驗單元僅重 80 磅，基于商用現(xiàn)貨 (COTS)技術(shù)，易于實現(xiàn)戰(zhàn)場保障 。 SPEAKeasyⅡ 項目從1995 年開始，它的重點是解決實現(xiàn)中的問題，尤其是將 SDR 封裝到大小、基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 15 重量和功耗合理的開放體結(jié)構(gòu)的商用硬件中去。作為網(wǎng)橋連接兩種不同的通信網(wǎng)絡(luò) 。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 。以此為目的的軍用軟件無線電 SPEAKeasy 項目包括兩個階段 (SPEAKeasyⅠ與 SPEAKeasyⅡ )，要求在一個產(chǎn)品中包含 200 多種不同軍用電臺系列，把多個不同的單頻段電臺合并成一個 2MHz 至 2GHz 的、具有靈活的射頻接入能力的、軟件可編程的電臺。 基于軍事通信的需求，國外很早就開始了軟件無線電方面的研究。 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(yīng)用前景。 軟件無線電技術(shù)是 TDSCDMA的核心技術(shù)之一。將面向數(shù)字信號處理的 DSP 芯片和通用 CPU 芯片結(jié)合，利用能夠充分滿足處理時間限制的實時操作系統(tǒng)，有效利用計算資源，是在第三代移動通信系統(tǒng)特別是在移動終端中實現(xiàn)軟件無線電的最好方式。對于特定的移動通信信號處理，實時性是至關(guān)重要的，而利用現(xiàn)有通用CPU 和通用操作系統(tǒng)來實現(xiàn)軟件無線電，估計將是非常困難的。 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。 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。一方面用戶和運營商不能靈活地利用各具優(yōu)點的多種通信標(biāo)準(zhǔn)制式，而另一方面，通信技術(shù)迅速的升級換代也給運營商和用戶的投資帶來很大的損失。這樣在基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 13 第三代移動通信發(fā)展過程中，存在著多模操作，在處理對稱和非對稱業(yè)務(wù)中存在著 FDD 和 TDD 兩種模式，第三代移動通信必須與 GSM 移動通信系統(tǒng)兼容。 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。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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線電網(wǎng)絡(luò)。這種軟件無線電不僅能與已有各類電臺互通，而且還能溝通由不同電臺組成的無線電網(wǎng)絡(luò)，完成頻段調(diào)制、語音編碼和保密算法的變換，起到類似于 “ 網(wǎng)關(guān) ”或 “ 網(wǎng)橋 ” 的作用。在無線發(fā)射電臺組成的網(wǎng)絡(luò)中 起到 “ 網(wǎng)關(guān) ” 或 “ 網(wǎng)橋 ” 的作用。 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(shè)計，有利于減少無線電設(shè)備及其保密機的品種，能降低電臺裝備和維護費用。 (6) 信令處理部分 軟件無線電用于實現(xiàn)多模互聯(lián)時，需實現(xiàn)通用信令處理，而軟件無線電的任務(wù)是將通信協(xié)議及軟件標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的層次，開發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)的信令模塊，研究通用信令框架。主要任務(wù)是完成基帶處理、調(diào)制解調(diào)、比特流處理和編譯碼等工作。這樣既保留軟件無線電的優(yōu)點，又具有基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)的研究 11 較高的可靠性。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。 (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。由于軟件無線電的接收信號帶寬較寬，而采樣速率一般要求大于信號帶寬的 倍，因此采樣速率較高；采樣精度在 80dB 的動態(tài)范圍要求下不能低于 12 位。就性能而言，對其的要求主要包括采樣速率和采樣精度。主要完成低噪聲放大、濾波、混頻、自動增益控制（ AGC）以及