軟件無線電發射機的實現與仿真

葉立芳 黃 滔

（廣東宜通世紀科技股份有限公司，廣東 廣州 510650）

一、概述

無線通信經歷數十載的雄勃發展，雖然取得了卓越的成就，但是通信設備的互通性依然相對較差，通信的深化發展將受到一定的制約。自從九二年來，已對軟件無線電的概念有所明確提出，作為未來通信發展方向的軟件無線電，已受到全人類的普遍關注，其發展相當的迅猛。軟件無線電的主要理念是創建一個開放的通用硬件平臺，而且具有模塊化與標準化，而每種功能的實現均由軟件來完成，如此必然需將寬帶A/D與D/A轉換器盡可能靠近天線，那么A／D轉換器則須具有較高的采樣速率與充足的工作帶寬，但是將會造成數倍成本增加，所以在研發過程中只對中頻進行數字化。該設計采用成本低廉的TMS320VC5509及HSP50415核心芯片，且功耗低，其應用相對廣泛，能對各種正交AM、PM進行調制，是實現中頻發射機商業化的有效途徑。

二、軟件無線電的概念

軟件無線電顧名思義就是無線電收發信機以軟件加以控制，它的整個工作處理過程與工作參數不像無線電臺由硬件來主宰，而是由軟件進行定義及控制。從某種意義上而言，軟件無線電就是把數字信號處理技術運用到天線端的RF （射頻）信號處理，也就是把寬帶A/D與D/A轉換器盡量靠近天線端得到使用，同時其各種功能與工作參數都能經由軟件進行定義。它不僅操作方便靈活，且可對工作環境的變化與技術的發展作出更加快捷的響應。

三、軟件無線電發射機系統的實現

1 設計方案

圖1 發信機系統框圖

圖2 DSP與HSP50415接口電路

發信機系統框圖如圖1所示。設計方向是把終端傳送的數據交給VC5509處理，加幀頭、同步頭等，然后發送HSP50415里，通過混頻、插值到中頻，再輸出十二位模擬信號，經由專門的發信機最終發出去。用于完成信號的插值、調制功能是HSP50415芯片，而用于完成處理數字信號及控制功能的是VC5509芯片。

2 系統的工作原理

該系統設計采取矢量調制方式，由終端發出數據之后，通過串口發送到DSP進行接收。讀取DSP后分I、Q兩路交替，再送至HSP50415。HSP50415對數據串接收變換之后，分成I、Q兩路并行，然后經由星座映射，整形濾波與內插之后，再把I、Q兩路的數字基帶信號移至中頻里，其公式是：

Outpylt=Ik cos（ωot）±Qksin（ωot）

按調制理論可知，當k為基帶輸入信號，Q1為0時，即 Output=S（t）cos（ωot）,Ik=S（t）,這時Output即為DSP調制信號。當Qk是Ik的希爾伯特變換時，Output則獲得SSB調制信號，“+”，“-”分別對應USB與LSB信號。之后，經X/sin（X）補償濾波，12位的數模轉換后送入發信機，最后輸出。

3 本設計方案的實現

3.1 硬件電路圖。上述已對發信機的方案設計與原理作了簡述，而如下對該設計的硬件電路及其軟件流程進行重點說明。下面圖2所示為DSP和HSP50415的接口電路，采用2個片選，用于分別對HSP50415與向上變頻芯片輸送相關數據。經由微處理器接口選通CE2進行對HSP50415初始化。當完成初始化之后選通CE0，DSP每收到中斷信號一個即執行中斷程序，AWE與CE0相或得出HSP50415的數據時鐘，上變頻芯片會在DATACLK的上升沿采樣數據，然后經由程序對XF引腳拉低或拉高進行控制采樣的是I路或是Q路，其中斷信號由2*SYMCLK引腳生成。

圖3 發送數據流程圖

3.2 軟件流程。圖3所示為發送數據流程圖。在全部調試過程里，信號處理與軟件控制中VC5509的發揮作用十分重要。對VC5509初始化，包括時鐘模式寄存器CLKMD的設置，外部存儲器接口EMIF，外部總線選取寄存器EBSEL等，然后中斷向量表宜創建一個子文件加以存儲。

對初始化的HSP50415即是進行對片內寄存器賦值，而片內有控制寄存器18個，能夠按照需求寫入。需要提醒的是整形濾波器的系數先由sire415.exe產生，72位的I、Q兩路RAM，微處理器端口可一次性接收八位數據，需按資料的要求寫入九次。

按上述方案可知，本設計出無線電發射機2FSK的調制方式時，數據傳輸率是0.8Mbps，QPSK的調制方式時，卻為1.5Mbps的數據傳輸率。因本系統采取軟件化的設計，所以能夠按照用戶的使用需求進行配置，而勿用對硬件加以更改，不但有利于升級換代系統，而且為用戶降低了成本。

四、軟件無線電發射機仿真系統

以下將創建一個發射機仿真系統，是在多相濾波器的實信號信道化的基礎上進行創建，同時采取Matlab軟件實行仿真，以便驗證它的可行性。

1 多相濾波器的信道化發射機系統仿真

在對該仿真系統設計中，在劃分信道數、信道頻率與內插倍數中，它們之間有著密切的關聯，所以應當綜合考慮，同時采取快速傅立葉變換進行處理信號，使系統的工作效率不斷得到提高，而仿真卻采取Matlab軟件中M文件進行實現。

2 仿真系統的結構

基于多相濾波器的8信道化發射機仿真結構。主要基本參數有:

信道數:8

調制模式:AM

圖4 路信道化軟件無線電發射機仿真結果

3 仿真系統的參數說明

3.1 信道數。信道化發射機重點應用于進行對某帶寬內的全部信道發射的場合，故其信道數應當很大，但對計算機的運算能力有所考慮，信道數勿可設置偏大，且增加仿真系統中信道數量只會使計算負擔得到增加，對驗證系統的可行性作用不大。因信道化濾波器的首步運算為FFT2變換，故信道數是2的整數次冪為最好，如此能使工作效率得到提高，基于對上面的考慮，信道數可以設置為8。

3.2 波形調制。語音信號雖然它形象直觀，但其時域波形與頻譜均雜亂，反映數字信道的問題模糊不清，因此不進行選擇語音信號。在信道衰減中AM調制表現較為敏感，本擇取部分常見波形當作調制波形，這樣能夠易于對發射機的性能進行判斷。

4 實驗結果和分析

整個仿真程序主要如下：

I=8，=25kHz時的8個調幅（AM）信號的信道化發射機仿真結果如圖4所示。

通過實驗結果驗證了其正確性與可行性。

本章對系統仿真的總體設計進行了討論，主要達成了利用Matlab完成8信道信道化發射機系統仿真，該系統仿真可達到預期的效果。

結語

軟件無線電已成為一個重要的研究方向，它是以開放體系結構作為基礎，應用軟件工程技術于硬件的平臺上，具有很好的適應性與靈活性，它漸已成為現代無線通信的一項關鍵技術，其引領著無線通信領域向著更先進的方向發展。

[1]楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2001.