【正文】 穩(wěn)定的情況下，通過軟件實(shí)現(xiàn)各種功能。圖 11 給出了軟件無線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。鑒于目前 DSP 器件水平的限制， A/D 之后的數(shù)字信號(hào)可先經(jīng)由專用數(shù)字下變頻器處理，降低數(shù)據(jù)速率，變換到基帶，再由通用DSP 進(jìn)行處理，或者采用多片 DSP 并行處理的方法。它們的結(jié)構(gòu)框圖如圖 12所示。目前最易實(shí)現(xiàn)的是寬帶中頻采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)，且具有良好的波形適應(yīng)性、信號(hào)帶寬靈活性和擴(kuò)展性。 (2) 開放性：軟件無線電由于采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的結(jié)構(gòu)，其硬件可以隨著器件和技術(shù)的發(fā)展而更新和擴(kuò)展，軟件也可以隨需要而不斷升級(jí)。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 10 軟件無線電的關(guān)鍵技術(shù) (1) 開放式總線結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn) 開放性是軟件無線電的一個(gè)重要特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在軟件無線電所采用的開放式標(biāo)準(zhǔn)化總線結(jié)構(gòu)上?，F(xiàn)有的軟 件無線電研究和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中一般采用雙總線結(jié)構(gòu)。軟件無線電對(duì)這部分的要求包括：天線能覆蓋所有工作頻段；能用程序控制的方法對(duì)功能及參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 (3) A/D 部分 軟件無線電對(duì)這部分要求很高，是軟件無線電關(guān)鍵部分之一。采樣速率主要由信號(hào)帶寬決定。在無線通信中，信噪比（ SNR）與無寄生動(dòng)態(tài)范圍（ SFDR）等技術(shù)指標(biāo)也非常重要。對(duì)一個(gè)軟件無線電系統(tǒng)來說，若要進(jìn)行好的濾波等處理，一般認(rèn)為需要對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行 100 次操作。因此，一般都將 DDC 這部分工作交給專用的可編程芯片完成。 (5) 高速數(shù)字信號(hào)處理部分 這部分工作由高速信號(hào)處理器（ DSP）完成，這是軟件無線電的一個(gè)核心部件，也是一個(gè)主要瓶頸。當(dāng)單片處理能力不足時(shí)，可采用多片 DSP并行處理提高運(yùn)算能力。 軟件無線電的應(yīng)用前景 軟件無線電具有極大的靈活性和適應(yīng)性，特別適合多頻段、多用戶、多模式兼容及互聯(lián)系統(tǒng)，它為解決各種不斷涌現(xiàn)出來的新的通信協(xié)議之間的兼容提供了一條有效途徑， 并且一直 廣泛應(yīng)用于無線電通信領(lǐng)域， 雖然其 首先誕生于軍事上的應(yīng)用， 但 由于 上述 優(yōu)良 特點(diǎn)，軟件無線 電技術(shù)很快滲透到民用的無線移動(dòng)通信領(lǐng)域，特別是在 已 走向商用的第三代移動(dòng)通信領(lǐng)域的應(yīng)用 。 在軍用通信系統(tǒng)中，不同兵種和不同指揮級(jí)別使用的頻段、波形調(diào)制方式、語(yǔ)音編碼方法及保密算法都不同，軟件無線電特別適合軍用通信系統(tǒng)，它可以集成各種通信頻段，如 HF、 VHF、 UHF、 SHF 等及其調(diào)制方式，軟件無線電的內(nèi)置通用可編程加密模塊也可方便地實(shí)現(xiàn)各種保密算法，實(shí)現(xiàn)各軍兵種協(xié)同通信。用可編程實(shí)現(xiàn)的軟件無線電，能靈活配置信號(hào)波形，模擬各種正在服役和正在研制的電臺(tái)的工作方式。 軟件無線電還可以 可提高野戰(zhàn)通信的抗毀能力。電臺(tái)組網(wǎng)性能的增強(qiáng)，提高了無線電鏈路 的溝通概率和頻譜資源的利用率， 可使野戰(zhàn)通信的抗毀能力 明顯改善。 第三代移動(dòng)通信中存在著多模操作，在 ETSI(歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì) )確定的通用移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn) UMTS 中包含了 WCDMA 和 TDSCDMA 標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，如果仍像以前完全用硬件來構(gòu)造移動(dòng)通信系統(tǒng)，就會(huì)給用戶和運(yùn)營(yíng)商帶來 許多問題。針對(duì)這種情況，可以在第三代移動(dòng)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(shí)現(xiàn)第三代移動(dòng)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(duì)將來新的通信標(biāo)準(zhǔn)的引入和升級(jí)帶來非常大的便利，保護(hù)了運(yùn)營(yíng)商和用戶的利益。目前技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)為采用軟件無線電技術(shù)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)于第三代移動(dòng)通信，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)程度上的軟件無線電 。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中利用通用 CPU 和操作系統(tǒng)，來進(jìn)行無線通信的信號(hào)處理，并不能充分利用通用 CPU 和通用操作系統(tǒng)的性能。軟件無線電實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)是處理器速度的提高，然而在一定的處理速 度限制下，需要有效地實(shí)時(shí)應(yīng)用處理軟件和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持，才能充分發(fā)揮處理器的性能。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 14 在我國(guó)自行提出的 TDSCDMA 第三代移動(dòng)通信 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，自豪地提出了利用軟件無線電技術(shù)完成設(shè)計(jì)的任務(wù)?？梢栽谄脚_(tái)上實(shí)現(xiàn) 3G 的智能天線結(jié)構(gòu)、獲得 DOA(信號(hào)到達(dá)方向估計(jì) )等空間特征矢量；完成天線陣列的 波形賦形；實(shí)現(xiàn)各種基帶數(shù)字信號(hào)處理：包括各類無線信令規(guī)則與處理、信號(hào)流變換、調(diào)制解調(diào)算法、信道糾錯(cuò)編碼、信源編碼、多用戶檢測(cè)等。 因此在國(guó)內(nèi)外都成為了研究的熱點(diǎn)。20 世紀(jì) 90 年代初期，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究項(xiàng)目署 (DARPA)提出了多模式、多功能無線電網(wǎng)關(guān)研究計(jì)劃，目標(biāo)是解決美軍不同兵種、不同類型電臺(tái)之間相互 通信、相互聯(lián)通的問題，即開發(fā)一種能實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)的、三軍統(tǒng)一的多波段多模式電臺(tái) (MBMMR， MultiBand MultiMode Radio)。 SPEAKeasyⅠ 在 1994 年完成，當(dāng)年八月進(jìn)行了樣機(jī)演示。同時(shí)和其中兩種跳頻電臺(tái)進(jìn)行通話 。演示語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像的傳輸。在加州 的國(guó)家訓(xùn)練 中心， SPEAKeasyⅡ 電臺(tái)在 TaskForceXXI 演習(xí)中實(shí)現(xiàn)了 AM、 FM、VHFSINCGARS、 UHFHAVEQUICK、 UHFSATCOM、 GPS 等波形兼容。目前該技術(shù)正被應(yīng)用于 JTRS、地空數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器 (GADM)和其他項(xiàng)目。它作為能使用的產(chǎn)品投入研制，能夠與很多從短波到 乙的射頻波段軍用電臺(tái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。 I/O 接口包括 RS23 RS42MILSTD155 Ether 等等。 FIRST(Flexible Integrated Radio Systems Technology)是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) (ETSI)和歐共體高級(jí)通信技術(shù)與服務(wù)項(xiàng)目 (Advanced Communications Technology and Services， ACTS)為促進(jìn)第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的研制而提出的多個(gè)項(xiàng)目之一，其目的在于深入研究 IMT20xx 中提出的軟件無線電技術(shù)。 FIRST 項(xiàng) 目 1998 年完成，建成了 4個(gè)樣機(jī) (demonstrator)，每一個(gè)都可配置為基站 (base)或移動(dòng)臺(tái)(mobile)。工作頻率范圍 1710MHz2200MHz，調(diào)制模式可以兼容 DCS1800、 UMTS(16QAM and CDMA)、 DECT、 AMPS、 DAMOS、 TACS、CT2。 FIRST 電臺(tái)能夠提供多媒體服務(wù)，特別是實(shí)時(shí)視頻服務(wù)，以及 inter 接入服務(wù)。它以通用計(jì)算機(jī)為處理平臺(tái)，具基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 16 有最大的靈活性。 Spectrum Ware 的處理平臺(tái)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(jìn)入系統(tǒng)，大部分的后續(xù)數(shù)據(jù)處理由四片 INTELMMX200 完成。 近十年來軟件無線電技術(shù)的研究引起了全球范圍的興趣。1996 年 3 月美國(guó)政府邀請(qǐng)工業(yè)部門組建了模塊化多功能信息傳輸系統(tǒng)(MMITS)論壇，借以促進(jìn)政府與工業(yè)部門之間的對(duì)話，重點(diǎn)討論民用產(chǎn)品、民用業(yè)務(wù)與軍用無線通信裝備。歐共體(EC， European Community)1997 年在布魯塞爾召開了第一次歐洲軟件無線電學(xué)術(shù)研討會(huì)。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。 國(guó)內(nèi)的發(fā)展動(dòng)態(tài) 我國(guó)對(duì)軟件無線電研究起步較晚，但卻 引起了政府部門與各高校、研究機(jī)構(gòu) 相當(dāng) 的重視。他們對(duì)軟件無線電體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，提出了基于交換網(wǎng)絡(luò)的硬件平臺(tái)。還有其他一些研究機(jī)構(gòu)提出在衛(wèi)星遙控系統(tǒng)、靶場(chǎng)移動(dòng)終端、 GPS 等場(chǎng)合采用軟件無線電技術(shù) 。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 17 目前，在我國(guó)第三代移動(dòng)通信已全面鋪開，用戶可以通過手機(jī)終端、筆記本終端無線高速上網(wǎng) ，收看電視節(jié)目。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 18 第二章 軟件無線電中的調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 本章主要討論軟件無線電中的數(shù)字調(diào)制 和解調(diào) 的原理?？梢哉f，功能的軟件化是軟件無線電的最大優(yōu)勢(shì)之一。 軟件無線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 軟件無線電的 核心思想在于使寬帶 A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換器件盡可能靠近天線，將模擬信號(hào)盡早數(shù)字化，然后采用高速數(shù)字信號(hào)處理芯片作后續(xù)處理，通過軟件來實(shí)現(xiàn)各種無線通信功能。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(shí)現(xiàn)，工程上實(shí)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(shí)現(xiàn)的研究 19 defined radio )。軟件無線電要求系統(tǒng)的全部可編程性，包括可編程的射頻 (RF)頻帶、信道接入模式以及信道調(diào)制等等，這是它與多模式無線電等的區(qū)別所在。 環(huán)境管理流 環(huán)境管理包 括無線電環(huán)境識(shí)別與高級(jí)控制，屬于近實(shí)時(shí)信息流。環(huán)境管理采用模塊化操作，如快速傅立葉變換 (FFT)、小波變換、波束成形矩陣算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提取信道參數(shù)后控制實(shí)時(shí)信道處理。 離線軟件支持 離線工具包括實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分析、增強(qiáng)信號(hào)處理等的軟件平臺(tái)。它允許定義增強(qiáng)的業(yè)務(wù)如改進(jìn)的波束成形、均衡器、網(wǎng)絡(luò)解碼器等等。 基于軟件的增強(qiáng)可以與開放體系結(jié)構(gòu)軟件接口標(biāo)準(zhǔn)一致，于是可以通過空中接口分發(fā)到其它軟件無線電節(jié)點(diǎn)。 軟件無線電中的調(diào)制 實(shí)現(xiàn)的研究 連續(xù)波數(shù)字調(diào)制是以正弦信號(hào) (可以是高頻 正弦信號(hào)，也可以是音頻正弦信號(hào) )為載波，調(diào)制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式。 數(shù)字信號(hào)可以看成是模擬信號(hào)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。如果按照常規(guī)的方法，產(chǎn)生每一種信號(hào)就需要一個(gè)硬件電路，甚至一個(gè)模塊，那么要使一部通信機(jī)中產(chǎn)生幾種、十幾種通信信號(hào)，其電路就會(huì)極其復(fù)雜，體積重量都會(huì)很大。 軟件無線電中的各種調(diào)制信號(hào)是以一個(gè)通用的數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)為支撐，利用各種軟件來產(chǎn)生的。由于各種調(diào)制用軟件來實(shí)現(xiàn)，因此在軟件無線電中，可以不斷地更新調(diào)制模塊的軟件來適應(yīng)不斷發(fā)展的調(diào)制體制，具有相當(dāng)大的靈活性和開放性。 在當(dāng)代通信中，通信信號(hào)的種類很多，下面僅就 PSK 信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法加以討論。 具體的方法 是把信號(hào)分成同相分量 (I 路 )和正交分量 Q(路 )，然后再分別調(diào)制。 S(t)=I(t)cos(ω ct)+Q(t)sin(ω ct) （ 21） 其中，ω c為載波頻率。由于各種調(diào)制信號(hào)都是數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)的，因此，在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)時(shí)要對(duì)式 (2 一1)進(jìn)行數(shù)字化。在對(duì)調(diào)制信號(hào)和載波頻率進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，其采樣頻率可能 不一樣。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 22 下面就幾種典型的數(shù)字調(diào)制方式作一介紹。如果令 （ 24） 那么 （ 25） 因此，要實(shí)現(xiàn)正交調(diào) 制，只要令 I(t)=0 （ 26） Q(t)=m(t) （ 27） 就可以實(shí)現(xiàn) 2ASK 調(diào)制。它可以用一個(gè)矩形脈沖對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)頻實(shí)現(xiàn)，其表達(dá)式為 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 23 （ 28） 式中， na 的取值為 0， 1， g(t)為矩形脈沖 , 為 an 的反碼， T 為碼元周期。 PSK 調(diào)制實(shí)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。這種調(diào)制方式的正交實(shí)現(xiàn)與 2ASK 信號(hào)十分類似。如果參考相位發(fā)生變化，則接收端恢復(fù)的信息就會(huì)出錯(cuò)。為此在實(shí)際中一般采用養(yǎng)分相移鍵控 (2DPSK)。 2DPSK 和 2PSK 只是對(duì)信源數(shù)據(jù)的編碼不同。假設(shè)在 2PSK 調(diào)制時(shí)，數(shù)字信息 0 用相位 0，數(shù)字信息 1 用相位π表示，在 2DPSK 調(diào)制時(shí)數(shù)字信息 0 用相位變化 0,數(shù)字信息 1 用相位變化π表示，則 2PSK 和 2DPSK 調(diào)制舉例如下。相對(duì)碼就是按相鄰符號(hào)不變表示原信息 0，相鄰符號(hào)改變表示原信息 1 的規(guī)律變換成的。 一般而言相干解調(diào)性能比非相干解調(diào)好，在某些場(chǎng)合利用非相干解調(diào)的主要原因是其解調(diào)電路簡(jiǎn)單，硬件成本低。 軟件 無線電中由于大部分功能用用軟件實(shí)現(xiàn)，硬件的總體成本降低。數(shù)字相干解調(diào)從原理上講與模擬相干解調(diào)法一樣。例如，在移動(dòng)通信中，接收到的信號(hào)受到嚴(yán)重衰落時(shí)，提取出來的載波質(zhì)量往往達(dá)不到要求，特別是在多譜勒效應(yīng)等引起的頻偏環(huán)境下更是如此。一般調(diào)制都基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 25 能用正交調(diào)制法進(jìn)行， 也就是說，正交解調(diào)法從理論上說可以對(duì)幾乎所有的調(diào)制樣式進(jìn)行解調(diào)。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。由于頻率與相位有著一定的關(guān)系，為便于分析，可將式（ 2－ 12）改寫為 ? ?( ) ( ) c o s ( )cS n A n n n????