【正文】 輸出功率放大等功能。 (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。在軟件無線電的研制開發(fā)過程中，必須逐步形成標(biāo)準(zhǔn)化的硬件平臺(tái)，而標(biāo)準(zhǔn)化的總線則是構(gòu)筑上述平臺(tái)的奠基石。軟件無線電不僅能和更新體制的電臺(tái)通信，還能與舊體制電臺(tái)兼容。 (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(tái)進(jìn)行通信，并可以作為其 它電臺(tái)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。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(shí)現(xiàn)。 圖 11 軟件無線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 軟件無線電的基本結(jié)構(gòu)有三種：射頻低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)、射頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)和寬帶中頻采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)。天線基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 8 一般要覆蓋比較寬的頻帶；射 頻前端主要完成模擬上 /下變頻、濾波、功率放大等任務(wù)； A/D 轉(zhuǎn)換器要有足夠的動(dòng)態(tài)范圍，較高的采樣率， 12 位以上的分辨率，以保證足夠的動(dòng)態(tài)范圍； DSP 器件負(fù)責(zé)承擔(dān) A/D 數(shù)字化后的處理任務(wù)。 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(hào)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(hào)處理（ DSP）單元三部分。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(lǐng)域中的大部分信號(hào)處理 ,但是有些信號(hào)處理仍需借助 模擬電路來完成，如 RF,IF。 第三，軟件無線電不僅僅是一種實(shí)現(xiàn)方法，更代表了一種新型的體制和開放的、可擴(kuò)展的、模塊化的軟硬件平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多頻段、多模式、多業(yè)務(wù)、多個(gè)性 。不僅接收機(jī)數(shù)字化，發(fā)射機(jī)也要數(shù)字化?？傊?，軟件無線電是一種基于數(shù)字信號(hào)處理 (DSP)芯片，以軟件為核心的嶄新的無線通信體系結(jié)構(gòu)。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(shí)現(xiàn)的研究 7 通過軟件而不是固定的硬件電路來完成的。 其 基本思想是以一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺(tái)為依托，通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)各種功能。 軟件無線電的概念 、 組成 結(jié)構(gòu) 及其主要特點(diǎn) 軟件無線電（ Software Radio,簡稱 SR），就是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺(tái)上，利用軟件來定義實(shí)現(xiàn)無線電臺(tái)的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號(hào)的基帶處理等等。 軟件無線電通過這些年的發(fā)展，迅速顯 示出其重要意義，逐漸成為可提供高性能的地區(qū)性和全球性通信的第三代移動(dòng)通信的基石。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(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn) TDSCDMA 中也采用了軟件無線電技術(shù)。在日本，從 1998 年底開始，電氣、信息和通信工程師協(xié)會(huì)（ IEICE）成立了軟件無線電技術(shù)研究小組，推動(dòng)軟件無線電技術(shù)的研發(fā)工作。研究基于軟件無線電技術(shù)的 3G 的多頻帶 多模式手機(jī)與基站，同時(shí)融合軟件無線電技術(shù)與計(jì)基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 6 算機(jī)技術(shù)，如麻省理工學(xué)院的 Spectrum Wave計(jì)劃。 1992 年 5 月， MITRE 公司的 Joe Mitola 首次明確提出了軟件無線電的概念，其核心是將寬帶 A/D 和 D/A盡可能靠近天線，用軟件實(shí)現(xiàn)盡可能多的無線電功能。大部分專家提出，把硬件收發(fā)系統(tǒng)作為基本平臺(tái)， 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(shí)現(xiàn)，這就是所謂的軟件無線電。隨著無線通信的迅速發(fā)展，新的通信系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，產(chǎn)品的生存周期縮短，開發(fā)費(fèi)用上升，使得原來以硬件為主的收 發(fā)系統(tǒng)難以適應(yīng)這種快速升級(jí)換代的局面。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，在軍事通信領(lǐng)域，各軍兵種之間采取了不同的通信體制，不同的頻段，波形以及調(diào)制方式，完成各自的通信任務(wù)。 軟件無線電的起源及發(fā)展現(xiàn)狀 軟件無線電技 術(shù)起源于軍事通信應(yīng)用的需要。 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(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的非常必要。一 是就硬件方面來實(shí)現(xiàn)多模式調(diào)制解調(diào)難度很大，二是 通信技術(shù)迅速的升級(jí)換代也給運(yùn)營商和用戶的 投資帶來很大的損失 ，三是用硬件實(shí)現(xiàn)缺少靈活性 。 這就需要研究 兩種或兩種以上 模式 （或稱為多模式） 的調(diào)制解調(diào)問題。 目前 第三代移動(dòng)通 通信系統(tǒng) 已 在我國實(shí)施。例如第二代移動(dòng)通信就有 GSM、窄帶 CDMA 等，第三代移動(dòng)通信的主流標(biāo)準(zhǔn)有 WCDMA、 TDSCDMA 和 CDMA20xx。當(dāng)前廣播電視領(lǐng)域的數(shù)字化革命也充分說明了這一點(diǎn)，而且它對人們的生活方式影響深遠(yuǎn)。在 20 世紀(jì) 40年代至 50 年代通信理論的發(fā)展出現(xiàn)了高峰，過濾和預(yù)測理論、香 農(nóng)信息論、糾錯(cuò)編碼理論、信號(hào)和噪聲理論、調(diào)制理論及信號(hào)檢測理論等使通信理論在有效性和可靠性等方面的研究出現(xiàn)了突破。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 2 ABSTRACT Software radio has called another revolution in radio munication after transition from analogue munication to digital munication. It has vast use in both of military and civil. Software radio is a novel wireless munications technology, which is based on a versatile programmable platform to realize all kinds of munications criterions and to meet the need of many increasing new molds and function. When doing this, the change and upgrade of the system are convenient, and different systems can municate effectively. Modem is the basic elements of the whole digital munication system and the performance of digital munication system is influenced easily and has been used in the projects widely. QPSK is a linear narrowband modulation, which has the features of high spectrum utilization, better spectrum specification, and stronger ability of antifading and applicability of noncoherent detection. This article by thoroughly studied the domestic and foreign related software radio modulation and demodulation aspect papers , Take QPSK as the research object . Produced the detailed modulation and demodulation realization method .Implement and test the QPSK using MATLAB. Key words: Software radio, QPSK, Modulation and demodulation, matlab Simulation. 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 3 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 4 第一章 緒論 引言 回顧通信的發(fā)展歷史，可以看到通信技術(shù)發(fā)展迅速。 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(dòng)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(shí)現(xiàn)的方法， Matlab 仿真。 調(diào)制與解調(diào)是整個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)基帶處理的基本組成部分，也基本上構(gòu)建了數(shù)字通信系統(tǒng)的總體性能框架。基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 1 摘要 軟件無線電在無線通信領(lǐng)域被稱為是自模擬通信過渡到數(shù)字通信之后的又一次革命，在軍用和民用方面都有著廣闊的應(yīng)用。它是一種新的無線通信技術(shù)，基于通用的可編程的硬件平臺(tái)，把盡可能多的通信功能用軟件實(shí)現(xiàn)，從而使系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)都非常方便，容易實(shí)現(xiàn)不同通信系統(tǒng)之間的兼容。其中， QPSK 調(diào)制與解調(diào)是一種性能較好，易于實(shí)現(xiàn)且已廣泛應(yīng)用于實(shí)踐的調(diào)制解調(diào)方式。 關(guān)鍵詞 : 軟件無線電， QPSK，調(diào)制 解調(diào) ， matlab 仿真 。其原因除了在于生活實(shí)際、社會(huì)要求和新器件發(fā)明的推動(dòng)之外，通信理論的指導(dǎo)也起著十分重要的作用。 當(dāng)今，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和集成電路制作工藝的發(fā)展，現(xiàn)代通信正朝著數(shù)字化方向發(fā)展，并融入計(jì)算機(jī)技術(shù)。 移動(dòng)通信發(fā)展到現(xiàn)在，出現(xiàn)了多種通信制式、多種通信標(biāo)準(zhǔn)并存的現(xiàn)象?，F(xiàn)有系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)眾多，新舊體制并 存，而通信技術(shù)發(fā)展日新月異，新的制式、標(biāo)準(zhǔn)又不斷涌現(xiàn)，運(yùn)營商和移動(dòng)用戶對多模式的需求不斷增長。 第三代移動(dòng)通信的三種主流標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制解調(diào)方式都涉及到了 QPSK， 這就 要求第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)最好能 與 GSM 移動(dòng)通信系統(tǒng) ， CDMA 通信系統(tǒng)相 兼容。 如果仍像以前完全用硬件來 實(shí)現(xiàn) 移動(dòng)通信的多模式調(diào)制解調(diào) ，就會(huì)給用戶和運(yùn)營商帶來許多問題。針對這種情況，可以在移動(dòng)基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)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(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信中多種 調(diào)制方式 的并存，以及 實(shí)現(xiàn)與先前的移動(dòng)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(jí)帶來非常大的便利，保護(hù)了運(yùn)營商和用戶的利益。 本文所要做的具體的工作就是要實(shí)現(xiàn)軟件無線電中的 QPSK 的調(diào)制。通過近 20 年的發(fā)展，無線通信在現(xiàn)代通信中被廣泛應(yīng)用于商業(yè)、軍事、民用等領(lǐng)域。在民用通信領(lǐng)域，以第三代移動(dòng)通信為例，有 WCDMA、 CDMA20xx、 TDSCDMA 等標(biāo)準(zhǔn)，這些通信系統(tǒng)的組網(wǎng)能力、移動(dòng)性、安全性等都大大提高了，但是各通信系統(tǒng)間還無法實(shí)現(xiàn)無縫通信。 面對這一問題，國際上進(jìn)行了大量的研究。 美國是軟件無線電技術(shù)的發(fā)源地。之后，開始實(shí)施Speakeasy 計(jì)劃并成功研制出多功能，多頻段電臺(tái)。歐洲的 ACTS（ Advanced Communications Technologies Services）計(jì)劃中，靈活的綜合無線電系統(tǒng) FIRST（ Flexible Integrated Radio System Technology），未來無線電寬頻段多址系統(tǒng) FRWMAS（ Future Radio Wideband Multiple Access System）和軟件無線電技術(shù) SORT（ Software Radio Technology）都將軟件無線電技術(shù)應(yīng)用在 3G 中。在我國，對軟件無線電技術(shù)也相當(dāng)重視，在“九五”和“十五”預(yù)研項(xiàng)目和“ 863”計(jì)劃中都將軟件無線電技術(shù)列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目。這標(biāo)志著我國對軟件無線電的研究應(yīng)用到了一個(gè)新階段。這一技術(shù)是無線通信技術(shù)從模擬到數(shù)字，從固定到移動(dòng)這兩次革命后的第三次革命，也成為了無線通信技術(shù)在 21 世紀(jì)初的發(fā)展方向。即整個(gè)無線電臺(tái)從高頻、中頻、基帶直到控制 協(xié)議部分全部由軟件編程來完成。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)。 其核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的 “ 數(shù)字 /模擬 ”轉(zhuǎn)換器，盡早地完成信號(hào)的數(shù)字化，從而使得無線電臺(tái)的功能盡可能地用軟件來定義和實(shí)現(xiàn)。 ““ 軟軟 件件 無無 線線 電電 ”” 的的 基基 本本 概概 念念 包包 含含 以以 下下 三三 層層 含含 義義 第一是 “ 全數(shù)字化 ” ，將寬帶 A/D 和 D/A 向射頻 (RF)端靠近，不僅在基帶數(shù)字化，而且要在中頻甚至射頻數(shù)字化 。 第二是把硬件作為無線電通信的基本平臺(tái)，而盡可能多的通信功能用軟件實(shí)現(xiàn)，通信體制由軟件定義。 軟件定義的無線電（ SDR）是指在目前技術(shù)條件下可實(shí)現(xiàn)的軟件無線電。 軟件無線電與軟件 定義的 無線電的根本區(qū)別，是軟件無線電的最終目的就是要使通信系統(tǒng)擺脫硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的束縛，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對通用和