基于軟件無線電中頻數字接收系統的設計

中北大學信息探測與處理技術研究所 王 鵬 張林影 李 婷 潘燁陽

1.引言

軟件無線電提出了一種嶄新的設計、制造和使用無線通信系統與設備的思想，它擺脫了面向用途而完全依賴于硬件的傳統無線電設計思路，通過一種模塊化的通用硬件平臺，把系統提供的業務從長期依賴于固定電路的方式中解放出來，利用軟件可編程、易修改和成本低（硬件投入少）的優勢，把無線通信技術水平提升到一個新的高度。本文設計了一種基于軟件無線電中頻接收系統方案，并通過MATLAB軟件對其進行了仿真驗證。

2.軟件無線電基本結構

軟件無線電的結構基本上可以分為3種：射頻低通采樣數字化結構、射頻帶通采樣數字化結構和寬帶中頻帶通采樣數字化結構。本文不對其結構進行詳細闡述，針對其所存在的不足之處，結合軟件無線電接收機的兩種數學模型，提出了一種可供實現的基于軟件無線電中頻接收系統框圖結構，如圖1.1所示。圖中虛線框內的模塊即模數轉換（A/D）模塊和數字下變頻（DDC）模塊為本文的主要設計部分。

圖1.1 基于軟件無線電中頻接收系統

3.軟件無線電中頻接收系統的MATLAB程序設計

模數轉換器的工作過程大致可以分為采樣、量化、編碼等三個環節。圖3.1是A/D轉換模塊程序設計流程圖，圖3.2是數字下變頻模塊程序設計流程圖。

圖3.1 A/D模塊程序設計流程圖

圖3.2 數字下變頻模塊程序設計流程圖

輸入信號是一個載頻為60MHz、帶寬為20MHz的帶通信號，如圖3.3所示。經過自然采樣（采樣頻率為80MHz）后，對得到的信號進行均勻量化，量化結果如圖3.4所示。最后對量化后得到的序列進行pcm編碼，輸出編碼序列。

圖3.3 載頻為60MHz帶寬為20MHz的帶通信號頻譜圖

圖3.4 量化后得到的序列以及量化特性

圖3.5 下變頻后得到的信號頻譜

圖3.6 濾波后信號頻譜

數控振蕩器（NCO）的目標就是產生一個理想的數字可控的正弦或余弦波。振蕩信號與經過模數轉換得到的數字信號相乘，進行下變頻處理，如圖3.5所示。信號經混頻后，輸出到低通濾波器以濾除倍頻分量和帶外信號，經濾波后得到的信號頻譜圖如圖3.6所示，另外，經過低通濾波后的信號由于其數據流速很高，對后續的信號處理要求很高，這時就需要進行降速處理，具體的方法即整倍數抽取，圖3.7顯示的就是經過兩倍抽取后的得到的輸出信號。

圖3.7 兩倍抽取得到的信號頻譜

以圖3.7所示基本說明了此方案的可行性和合理性，并且在其它的軟件無線帶你結構方面也進一步的改進，提升了系統的靈敏性。

4.小結

軟件無線電既是一種全新的理論與技術，也是一種先進的產品設計思路與方法，在新一代的無線系統中得到了廣泛的應用。本論文的主要工作是研究軟件無線電的基礎理論，設計基于軟件無線電的中頻接收系統，主要是對經混頻后得到的中頻信號的處理，通過編寫軟件程序來實現硬件模塊功能，包括模數轉換（A/D）模塊以及數字下變頻器（DDC）模塊等，通過MATLAB編程實現了模數轉換和數字下變頻器模塊的相關功能。

[1]楊小牛，樓才藝.徐建良.軟件無線電原理及應用[M].北京：電子工業出版社，2001：1-137.

[2][美]里德(Reed，J.H.)等著，陳強等譯.軟件無線電：無線電工程的現代方法[M].北京：人民郵電出版社，2004：4-6.

[3]Tore Ulvers?y.Software Def ined Radio：Challenges and Opportunities.IEEE Communications Surveys&Tutoria ls，2010，12(4)：531-550.