軟件無線電技術(shù)在實驗系統(tǒng)中的應(yīng)用

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1、軟件無線電技術(shù)在實驗系統(tǒng)中的應(yīng)用沈振強[1][2]周少武[1]陳婷[1]（[1]，湖南科技大學信息與電氣學院，湖南湘潭411201）（[2]，湖南機電職業(yè)技術(shù)學院電氣工程系，湖南長沙410151）摘要：本論文是以TMS320VC5402芯片為核心，分析了多路信號的帶通采樣定理，提出了最小采樣頻率的算法，分析了采樣頻率與信噪比的關(guān)系，研究了各種信號的正交調(diào)制解調(diào)算法，指出了其應(yīng)用于軟件無線電的優(yōu)勢，完成軟件無線電部分關(guān)鍵技術(shù)的研究,并實現(xiàn)了一個適應(yīng)教學型的軟件無線電實驗系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：軟件無線電；TMS320VC5402；采樣

2、；正交調(diào)制解調(diào)一．引言軟件無線電是以開放性、通用性、可擴張的最簡硬件為平臺，通過加載各種應(yīng)用軟件來適應(yīng)不同用戶、不同應(yīng)用環(huán)境的不同需求，實現(xiàn)各種無線電功能。它是一種以現(xiàn)代通信理論為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號處理為核心，以微電子技術(shù)為支撐的新的無線通信體系結(jié)構(gòu)[1]。理想軟件無線電的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1理想軟件無線電框圖二．軟件無線電關(guān)鍵技術(shù)軟件無線電其關(guān)鍵技術(shù)主要可以分為以下幾個方面：1）智能天線技術(shù)，在軟件無線電中，采用智能天線技術(shù)，然后利用數(shù)字信號處理技術(shù)識別用戶信號到達方向，可形成天線主波束。2）A/DD/A技術(shù)，軟件無線

3、電體系結(jié)構(gòu)的一個重要特點是將A/D和D/A盡量接近射頻前端。這要求A/D和D/A器件要有高速度、大帶寬和大動態(tài)范圍。3）數(shù)字上下變頻技術(shù)，數(shù)字上下變頻技術(shù)是軟件無線電的核心技術(shù)之一，其作用是提高或降低數(shù)據(jù)流速率，并實現(xiàn)頻譜的搬移。4）信號處理技術(shù)，軟件無線電具有靈活性、可擴展性等特點，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。三．多路帶通信號采樣技術(shù)在軟件無線電中，多路帶通信號需要用統(tǒng)一的采樣頻率對不同頻段的信號進行采樣，并保證不破壞每個信號的頻譜特征。處理方法之一是可以將所有的窄帶信號包含在一個非常寬的處理頻帶

4、中，看成一個寬帶信號來采樣。這種處理方法簡單易實現(xiàn)，缺點是當多個帶通信號頻段相差很大時，這樣確定的采樣頻率會比較大，對A/D轉(zhuǎn)換器和后端芯片處理器要求高。另一種方法則是計算出最小的采樣率，用這個最小采樣頻率對多路帶通信號采樣[2]。假設(shè)信號頻譜占據(jù)的頻帶為，區(qū)間兩兩不相交（單個帶通信號寫成，低通信號寫成）。采樣后不發(fā)生頻譜混疊的充要條件是：采樣率必須使無窮個區(qū)間兩兩不相交（。取中的任意整數(shù)）。即（1）式（1）中，取內(nèi)的任意整數(shù)且，為整數(shù)。這個不等式構(gòu)成一個不等式組。因為最小值一定存在于邊界上，所以當取最小值時，不等式組中至

5、少有一個不等式的等號成立。又令（表示對取整，），則(2)(3)即（）全部分布在頻段上，且兩兩不相交。所以必然存在2個區(qū)間和，使且(4)且(5)所以可得,(6)又因為，且與不相交，所以可得(7)(8)根據(jù)式（1）至式（8），可以得到求最小采樣頻率的算法。這種求最小采樣頻率的算法，對單個信號、多個信號都適用。可知，（9）假設(shè)3個帶通信號，所占頻帶分別為、和。由式（9）可知。可得最小采樣頻率為6，如圖2所示。圖2為6的采樣圖假設(shè)3個帶通信號，所占頻帶分別為、和。由式（9）可知?？傻米钚〔蓸宇l率為11，如圖3所示。圖3為11的采樣

6、圖假設(shè)3個帶通信號，所占頻帶分別為、和。由式（9）可知?？傻米钚〔蓸宇l率為20，如圖4所示。圖4為20的采樣圖四．硬件總體方案設(shè)計本系統(tǒng)旨在實現(xiàn)一個單通道發(fā)射機與一個單通道接收機，實現(xiàn)ASK、FSK和DPSK等信號的調(diào)制與解調(diào)，QPSK和QAM等信號的調(diào)制。DSP芯片是本系統(tǒng)的核心器件，前文中設(shè)計的算法全部都應(yīng)全靠DSP芯片實現(xiàn)。這樣才能實現(xiàn)系統(tǒng)的開放性、通用性和可擴張。圖5為本系統(tǒng)的硬件框圖，核心器件是兩片TMS320VC5402，一片實現(xiàn)發(fā)送功能，另一片實現(xiàn)接收功能[3]。圖5系統(tǒng)硬件框圖信號的輸出和輸入分別采用TI公

7、司生產(chǎn)的8位并行D/A轉(zhuǎn)換器TLC7528和12位串行A/D轉(zhuǎn)換器TLV2544。程序存放于外部FLASH中，當DSP上電工作時程序從外部FLASH被讀入DSP內(nèi)部RAM，從而可以高速執(zhí)行。為了防止由于程序“跑飛”帶來的錯誤，加入看門狗芯片ADM706T。此外，用幾個中斷端口實現(xiàn)調(diào)制方式的選擇。發(fā)射機輸入串行信號碼速率為3000波特,輸出信號為30KHZ。五．正交調(diào)制解調(diào)目前所開發(fā)出來的軟件無線電系統(tǒng)中，一般都是采用正交法對信號進行調(diào)制與解調(diào)。原因主要有以下幾點：（1）理論上說，一切調(diào)制方式皆可用正交法來實現(xiàn)。這也意味著，

8、可以用同一種算法實現(xiàn)對各種信號進行處理，從而簡化了代碼。（2）對于一般的相干解調(diào)，當同頻同相不滿足時，就會降低解調(diào)器輸出信噪比，從而使誤碼率增加。而正交法在一定程度上能克服以上缺點。（3）用正交法來對信號進行調(diào)制解調(diào)時，可以利用上下變頻技術(shù)，降低信號速率，從而降低對芯片的要求。（4）可利用正交解調(diào)得到的