軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)的實(shí)現(xiàn)與仿真

葉立芳++黃滔

摘 要：軟件無(wú)線電的基本理念主要是將數(shù)字化處理單元盡量靠近于天線，并且該系統(tǒng)的每個(gè)功能在一個(gè)模塊化的硬件通用平臺(tái)中盡量由軟件來(lái)定義。它是以當(dāng)今通信理論作為基礎(chǔ)，以微電子技術(shù)作為支撐，以處理數(shù)字信號(hào)作為核心的無(wú)線通信體系結(jié)構(gòu)。

本文中筆者首先淺析了軟件無(wú)線電的概念，然后對(duì)軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)的基本理論進(jìn)行了討論，在該基礎(chǔ)上對(duì)多相濾波器的信道化發(fā)射機(jī)系統(tǒng)仿真進(jìn)行了深入研究，并驗(yàn)證了其正確性與可行性。

關(guān)鍵詞：軟件；無(wú)線電發(fā)射機(jī)；仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、概述

無(wú)線通信經(jīng)歷數(shù)十載的雄勃發(fā)展，雖然取得了卓越的成就，但是通信設(shè)備的互通性依然相對(duì)較差，通信的深化發(fā)展將受到一定的制約。自從九二年來(lái)，已對(duì)軟件無(wú)線電的概念有所明確提出，作為未來(lái)通信發(fā)展方向的軟件無(wú)線電，已受到全人類(lèi)的普遍關(guān)注，其發(fā)展相當(dāng)?shù)难该汀＼浖o(wú)線電的主要理念是創(chuàng)建一個(gè)開(kāi)放的通用硬件平臺(tái)，而且具有模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化，而每種功能的實(shí)現(xiàn)均由軟件來(lái)完成，如此必然需將寬帶A/D與D/A轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，那么A/D轉(zhuǎn)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(huì)造成數(shù)倍成本增加，所以在研發(fā)過(guò)程中只對(duì)中頻進(jìn)行數(shù)字化。該設(shè)計(jì)采用成本低廉的TMS320VC5509及HSP50415核心芯片，且功耗低，其應(yīng)用相對(duì)廣泛，能對(duì)各種正交AM、PM進(jìn)行調(diào)制，是實(shí)現(xiàn)中頻發(fā)射機(jī)商業(yè)化的有效途徑。

二、軟件無(wú)線電的概念

軟件無(wú)線電顧名思義就是無(wú)線電收發(fā)信機(jī)以軟件加以控制，它的整個(gè)工作處理過(guò)程與工作參數(shù)不像無(wú)線電臺(tái)由硬件來(lái)主宰，而是由軟件進(jìn)行定義及控制。從某種意義上而言，軟件無(wú)線電就是把數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)運(yùn)用到天線端的RF （射頻）信號(hào)處理，也就是把寬帶A/D與D/A轉(zhuǎn)換器盡量靠近天線端得到使用，同時(shí)其各種功能與工作參數(shù)都能經(jīng)由軟件進(jìn)行定義。它不僅操作方便靈活，且可對(duì)工作環(huán)境的變化與技術(shù)的發(fā)展作出更加快捷的響應(yīng)。

三、軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1 設(shè)計(jì)方案

發(fā)信機(jī)系統(tǒng)框圖如圖1所示。設(shè)計(jì)方向是把終端傳送的數(shù)據(jù)交給VC5509處理，加幀頭、同步頭等，然后發(fā)送HSP50415里，通過(guò)混頻、插值到中頻，再輸出十二位模擬信號(hào)，經(jīng)由專(zhuān)門(mén)的發(fā)信機(jī)最終發(fā)出去。用于完成信號(hào)的插值、調(diào)制功能是HSP50415芯片，而用于完成處理數(shù)字信號(hào)及控制功能的是VC5509芯片。

2 系統(tǒng)的工作原理

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取矢量調(diào)制方式，由終端發(fā)出數(shù)據(jù)之后，通過(guò)串口發(fā)送到DSP進(jìn)行接收。讀取DSP后分I、Q兩路交替，再送至HSP50415。HSP50415對(duì)數(shù)據(jù)串接收變換之后，分成I、Q兩路并行，然后經(jīng)由星座映射，整形濾波與內(nèi)插之后，再把I、Q兩路的數(shù)字基帶信號(hào)移至中頻里，其公式是：

Outpylt=Ik cos（ωot）±Qksin（ωot）

按調(diào)制理論可知，當(dāng)k為基帶輸入信號(hào)，Q1為0時(shí)，即Output=S（t）cos（ωot），Ik=S（t），這時(shí)Output即為DSP調(diào)制信號(hào)。當(dāng)Qk是Ik的希爾伯特變換時(shí)，Output則獲得SSB調(diào)制信號(hào)，“+”，“-”分別對(duì)應(yīng)USB與LSB信號(hào)。之后，經(jīng)X/sin（X）補(bǔ)償濾波，12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換后送入發(fā)信機(jī)，最后輸出。

3 本設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件電路圖。上述已對(duì)發(fā)信機(jī)的方案設(shè)計(jì)與原理作了簡(jiǎn)述，而如下對(duì)該設(shè)計(jì)的硬件電路及其軟件流程進(jìn)行重點(diǎn)說(shuō)明。下面圖2所示為DSP和HSP50415的接口電路，采用2個(gè)片選，用于分別對(duì)HSP50415與向上變頻芯片輸送相關(guān)數(shù)據(jù)。經(jīng)由微處理器接口選通CE2進(jìn)行對(duì)HSP50415初始化。當(dāng)完成初始化之后選通CE0，DSP每收到中斷信號(hào)一個(gè)即執(zhí)行中斷程序，AWE與CE0相或得出HSP50415的數(shù)據(jù)時(shí)鐘，上變頻芯片會(huì)在DATACLK的上升沿采樣數(shù)據(jù)，然后經(jīng)由程序?qū)F引腳拉低或拉高進(jìn)行控制采樣的是I路或是Q路，其中斷信號(hào)由2*SYMCLK引腳生成。

3.2 軟件流程。圖3所示為發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖。在全部調(diào)試過(guò)程里，信號(hào)處理與軟件控制中VC5509的發(fā)揮作用十分重要。對(duì)VC5509初始化，包括時(shí)鐘模式寄存器CLKMD的設(shè)置，外部存儲(chǔ)器接口EMIF，外部總線選取寄存器EBSEL等，然后中斷向量表宜創(chuàng)建一個(gè)子文件加以存儲(chǔ)。

對(duì)初始化的HSP50415即是進(jìn)行對(duì)片內(nèi)寄存器賦值，而片內(nèi)有控制寄存器18個(gè)，能夠按照需求寫(xiě)入。需要提醒的是整形濾波器的系數(shù)先由sire415.exe產(chǎn)生，72位的I、Q兩路RAM，微處理器端口可一次性接收八位數(shù)據(jù)，需按資料的要求寫(xiě)入九次。

按上述方案可知，本設(shè)計(jì)出無(wú)線電發(fā)射機(jī)2FSK的調(diào)制方式時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸率是0.8Mbps，QPSK的調(diào)制方式時(shí)，卻為1.5Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。因本系統(tǒng)采取軟件化的設(shè)計(jì)，所以能夠按照用戶(hù)的使用需求進(jìn)行配置，而勿用對(duì)硬件加以更改，不但有利于升級(jí)換代系統(tǒng)，而且為用戶(hù)降低了成本。

四、軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)仿真系統(tǒng)

以下將創(chuàng)建一個(gè)發(fā)射機(jī)仿真系統(tǒng)，是在多相濾波器的實(shí)信號(hào)信道化的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)建，同時(shí)采取Matlab軟件實(shí)行仿真，以便驗(yàn)證它的可行性。

1 多相濾波器的信道化發(fā)射機(jī)系統(tǒng)仿真

在對(duì)該仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在劃分信道數(shù)、信道頻率與內(nèi)插倍數(shù)中，它們之間有著密切的關(guān)聯(lián)，所以應(yīng)當(dāng)綜合考慮，同時(shí)采取快速傅立葉變換進(jìn)行處理信號(hào)，使系統(tǒng)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(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2 仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

基于多相濾波器的8信道化發(fā)射機(jī)仿真結(jié)構(gòu)。主要基本參數(shù)有：

信道數(shù)：8

調(diào)制模式：AM

3 仿真系統(tǒng)的參數(shù)說(shuō)明

3.1 信道數(shù)。信道化發(fā)射機(jī)重點(diǎn)應(yīng)用于進(jìn)行對(duì)某帶寬內(nèi)的全部信道發(fā)射的場(chǎng)合，故其信道數(shù)應(yīng)當(dāng)很大，但對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力有所考慮，信道數(shù)勿可設(shè)置偏大，且增加仿真系統(tǒng)中信道數(shù)量只會(huì)使計(jì)算負(fù)擔(dān)得到增加，對(duì)驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性作用不大。因信道化濾波器的首步運(yùn)算為FFT2變換，故信道數(shù)是2的整數(shù)次冪為最好，如此能使工作效率得到提高，基于對(duì)上面的考慮，信道數(shù)可以設(shè)置為8。

3.2 波形調(diào)制。語(yǔ)音信號(hào)雖然它形象直觀，但其時(shí)域波形與頻譜均雜亂，反映數(shù)字信道的問(wèn)題模糊不清，因此不進(jìn)行選擇語(yǔ)音信號(hào)。在信道衰減中AM調(diào)制表現(xiàn)較為敏感，本擇取部分常見(jiàn)波形當(dāng)作調(diào)制波形，這樣能夠易于對(duì)發(fā)射機(jī)的性能進(jìn)行判斷。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

整個(gè)仿真程序主要如下：

I=8，=25kHz時(shí)的8個(gè)調(diào)幅（AM）信號(hào)的信道化發(fā)射機(jī)仿真結(jié)果如圖4所示。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了其正確性與可行性。

本章對(duì)系統(tǒng)仿真的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，主要達(dá)成了利用Matlab完成8信道信道化發(fā)射機(jī)系統(tǒng)仿真，該系統(tǒng)仿真可達(dá)到預(yù)期的效果。

結(jié)語(yǔ)

軟件無(wú)線電已成為一個(gè)重要的研究方向，它是以開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，應(yīng)用軟件工程技術(shù)于硬件的平臺(tái)上，具有很好的適應(yīng)性與靈活性，它漸已成為現(xiàn)代無(wú)線通信的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其引領(lǐng)著無(wú)線通信領(lǐng)域向著更先進(jìn)的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無(wú)線電原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.endprint

摘 要：軟件無(wú)線電的基本理念主要是將數(shù)字化處理單元盡量靠近于天線，并且該系統(tǒng)的每個(gè)功能在一個(gè)模塊化的硬件通用平臺(tái)中盡量由軟件來(lái)定義。它是以當(dāng)今通信理論作為基礎(chǔ)，以微電子技術(shù)作為支撐，以處理數(shù)字信號(hào)作為核心的無(wú)線通信體系結(jié)構(gòu)。

本文中筆者首先淺析了軟件無(wú)線電的概念，然后對(duì)軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)的基本理論進(jìn)行了討論，在該基礎(chǔ)上對(duì)多相濾波器的信道化發(fā)射機(jī)系統(tǒng)仿真進(jìn)行了深入研究，并驗(yàn)證了其正確性與可行性。

關(guān)鍵詞：軟件；無(wú)線電發(fā)射機(jī)；仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、概述

無(wú)線通信經(jīng)歷數(shù)十載的雄勃發(fā)展，雖然取得了卓越的成就，但是通信設(shè)備的互通性依然相對(duì)較差，通信的深化發(fā)展將受到一定的制約。自從九二年來(lái)，已對(duì)軟件無(wú)線電的概念有所明確提出，作為未來(lái)通信發(fā)展方向的軟件無(wú)線電，已受到全人類(lèi)的普遍關(guān)注，其發(fā)展相當(dāng)?shù)难该汀＼浖o(wú)線電的主要理念是創(chuàng)建一個(gè)開(kāi)放的通用硬件平臺(tái)，而且具有模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化，而每種功能的實(shí)現(xiàn)均由軟件來(lái)完成，如此必然需將寬帶A/D與D/A轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，那么A/D轉(zhuǎn)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(huì)造成數(shù)倍成本增加，所以在研發(fā)過(guò)程中只對(duì)中頻進(jìn)行數(shù)字化。該設(shè)計(jì)采用成本低廉的TMS320VC5509及HSP50415核心芯片，且功耗低，其應(yīng)用相對(duì)廣泛，能對(duì)各種正交AM、PM進(jìn)行調(diào)制，是實(shí)現(xiàn)中頻發(fā)射機(jī)商業(yè)化的有效途徑。

二、軟件無(wú)線電的概念

軟件無(wú)線電顧名思義就是無(wú)線電收發(fā)信機(jī)以軟件加以控制，它的整個(gè)工作處理過(guò)程與工作參數(shù)不像無(wú)線電臺(tái)由硬件來(lái)主宰，而是由軟件進(jìn)行定義及控制。從某種意義上而言，軟件無(wú)線電就是把數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)運(yùn)用到天線端的RF （射頻）信號(hào)處理，也就是把寬帶A/D與D/A轉(zhuǎn)換器盡量靠近天線端得到使用，同時(shí)其各種功能與工作參數(shù)都能經(jīng)由軟件進(jìn)行定義。它不僅操作方便靈活，且可對(duì)工作環(huán)境的變化與技術(shù)的發(fā)展作出更加快捷的響應(yīng)。

三、軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1 設(shè)計(jì)方案

發(fā)信機(jī)系統(tǒng)框圖如圖1所示。設(shè)計(jì)方向是把終端傳送的數(shù)據(jù)交給VC5509處理，加幀頭、同步頭等，然后發(fā)送HSP50415里，通過(guò)混頻、插值到中頻，再輸出十二位模擬信號(hào)，經(jīng)由專(zhuān)門(mén)的發(fā)信機(jī)最終發(fā)出去。用于完成信號(hào)的插值、調(diào)制功能是HSP50415芯片，而用于完成處理數(shù)字信號(hào)及控制功能的是VC5509芯片。

2 系統(tǒng)的工作原理

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取矢量調(diào)制方式，由終端發(fā)出數(shù)據(jù)之后，通過(guò)串口發(fā)送到DSP進(jìn)行接收。讀取DSP后分I、Q兩路交替，再送至HSP50415。HSP50415對(duì)數(shù)據(jù)串接收變換之后，分成I、Q兩路并行，然后經(jīng)由星座映射，整形濾波與內(nèi)插之后，再把I、Q兩路的數(shù)字基帶信號(hào)移至中頻里，其公式是：

Outpylt=Ik cos（ωot）±Qksin（ωot）

按調(diào)制理論可知，當(dāng)k為基帶輸入信號(hào)，Q1為0時(shí)，即Output=S（t）cos（ωot），Ik=S（t），這時(shí)Output即為DSP調(diào)制信號(hào)。當(dāng)Qk是Ik的希爾伯特變換時(shí)，Output則獲得SSB調(diào)制信號(hào)，“+”，“-”分別對(duì)應(yīng)USB與LSB信號(hào)。之后，經(jīng)X/sin（X）補(bǔ)償濾波，12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換后送入發(fā)信機(jī)，最后輸出。

3 本設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件電路圖。上述已對(duì)發(fā)信機(jī)的方案設(shè)計(jì)與原理作了簡(jiǎn)述，而如下對(duì)該設(shè)計(jì)的硬件電路及其軟件流程進(jìn)行重點(diǎn)說(shuō)明。下面圖2所示為DSP和HSP50415的接口電路，采用2個(gè)片選，用于分別對(duì)HSP50415與向上變頻芯片輸送相關(guān)數(shù)據(jù)。經(jīng)由微處理器接口選通CE2進(jìn)行對(duì)HSP50415初始化。當(dāng)完成初始化之后選通CE0，DSP每收到中斷信號(hào)一個(gè)即執(zhí)行中斷程序，AWE與CE0相或得出HSP50415的數(shù)據(jù)時(shí)鐘，上變頻芯片會(huì)在DATACLK的上升沿采樣數(shù)據(jù)，然后經(jīng)由程序?qū)F引腳拉低或拉高進(jìn)行控制采樣的是I路或是Q路，其中斷信號(hào)由2*SYMCLK引腳生成。

3.2 軟件流程。圖3所示為發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖。在全部調(diào)試過(guò)程里，信號(hào)處理與軟件控制中VC5509的發(fā)揮作用十分重要。對(duì)VC5509初始化，包括時(shí)鐘模式寄存器CLKMD的設(shè)置，外部存儲(chǔ)器接口EMIF，外部總線選取寄存器EBSEL等，然后中斷向量表宜創(chuàng)建一個(gè)子文件加以存儲(chǔ)。

對(duì)初始化的HSP50415即是進(jìn)行對(duì)片內(nèi)寄存器賦值，而片內(nèi)有控制寄存器18個(gè)，能夠按照需求寫(xiě)入。需要提醒的是整形濾波器的系數(shù)先由sire415.exe產(chǎn)生，72位的I、Q兩路RAM，微處理器端口可一次性接收八位數(shù)據(jù)，需按資料的要求寫(xiě)入九次。

按上述方案可知，本設(shè)計(jì)出無(wú)線電發(fā)射機(jī)2FSK的調(diào)制方式時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸率是0.8Mbps，QPSK的調(diào)制方式時(shí)，卻為1.5Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。因本系統(tǒng)采取軟件化的設(shè)計(jì)，所以能夠按照用戶(hù)的使用需求進(jìn)行配置，而勿用對(duì)硬件加以更改，不但有利于升級(jí)換代系統(tǒng)，而且為用戶(hù)降低了成本。

四、軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)仿真系統(tǒng)

以下將創(chuàng)建一個(gè)發(fā)射機(jī)仿真系統(tǒng)，是在多相濾波器的實(shí)信號(hào)信道化的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)建，同時(shí)采取Matlab軟件實(shí)行仿真，以便驗(yàn)證它的可行性。

1 多相濾波器的信道化發(fā)射機(jī)系統(tǒng)仿真

在對(duì)該仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在劃分信道數(shù)、信道頻率與內(nèi)插倍數(shù)中，它們之間有著密切的關(guān)聯(lián)，所以應(yīng)當(dāng)綜合考慮，同時(shí)采取快速傅立葉變換進(jìn)行處理信號(hào)，使系統(tǒng)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(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2 仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

基于多相濾波器的8信道化發(fā)射機(jī)仿真結(jié)構(gòu)。主要基本參數(shù)有：

信道數(shù)：8

調(diào)制模式：AM

3 仿真系統(tǒng)的參數(shù)說(shuō)明

3.1 信道數(shù)。信道化發(fā)射機(jī)重點(diǎn)應(yīng)用于進(jìn)行對(duì)某帶寬內(nèi)的全部信道發(fā)射的場(chǎng)合，故其信道數(shù)應(yīng)當(dāng)很大，但對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力有所考慮，信道數(shù)勿可設(shè)置偏大，且增加仿真系統(tǒng)中信道數(shù)量只會(huì)使計(jì)算負(fù)擔(dān)得到增加，對(duì)驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性作用不大。因信道化濾波器的首步運(yùn)算為FFT2變換，故信道數(shù)是2的整數(shù)次冪為最好，如此能使工作效率得到提高，基于對(duì)上面的考慮，信道數(shù)可以設(shè)置為8。

3.2 波形調(diào)制。語(yǔ)音信號(hào)雖然它形象直觀，但其時(shí)域波形與頻譜均雜亂，反映數(shù)字信道的問(wèn)題模糊不清，因此不進(jìn)行選擇語(yǔ)音信號(hào)。在信道衰減中AM調(diào)制表現(xiàn)較為敏感，本擇取部分常見(jiàn)波形當(dāng)作調(diào)制波形，這樣能夠易于對(duì)發(fā)射機(jī)的性能進(jìn)行判斷。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

整個(gè)仿真程序主要如下：

I=8，=25kHz時(shí)的8個(gè)調(diào)幅（AM）信號(hào)的信道化發(fā)射機(jī)仿真結(jié)果如圖4所示。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了其正確性與可行性。

本章對(duì)系統(tǒng)仿真的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，主要達(dá)成了利用Matlab完成8信道信道化發(fā)射機(jī)系統(tǒng)仿真，該系統(tǒng)仿真可達(dá)到預(yù)期的效果。

結(jié)語(yǔ)

軟件無(wú)線電已成為一個(gè)重要的研究方向，它是以開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，應(yīng)用軟件工程技術(shù)于硬件的平臺(tái)上，具有很好的適應(yīng)性與靈活性，它漸已成為現(xiàn)代無(wú)線通信的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其引領(lǐng)著無(wú)線通信領(lǐng)域向著更先進(jìn)的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無(wú)線電原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.endprint

摘 要：軟件無(wú)線電的基本理念主要是將數(shù)字化處理單元盡量靠近于天線，并且該系統(tǒng)的每個(gè)功能在一個(gè)模塊化的硬件通用平臺(tái)中盡量由軟件來(lái)定義。它是以當(dāng)今通信理論作為基礎(chǔ)，以微電子技術(shù)作為支撐，以處理數(shù)字信號(hào)作為核心的無(wú)線通信體系結(jié)構(gòu)。

本文中筆者首先淺析了軟件無(wú)線電的概念，然后對(duì)軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)的基本理論進(jìn)行了討論，在該基礎(chǔ)上對(duì)多相濾波器的信道化發(fā)射機(jī)系統(tǒng)仿真進(jìn)行了深入研究，并驗(yàn)證了其正確性與可行性。

關(guān)鍵詞：軟件；無(wú)線電發(fā)射機(jī)；仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、概述

無(wú)線通信經(jīng)歷數(shù)十載的雄勃發(fā)展，雖然取得了卓越的成就，但是通信設(shè)備的互通性依然相對(duì)較差，通信的深化發(fā)展將受到一定的制約。自從九二年來(lái)，已對(duì)軟件無(wú)線電的概念有所明確提出，作為未來(lái)通信發(fā)展方向的軟件無(wú)線電，已受到全人類(lèi)的普遍關(guān)注，其發(fā)展相當(dāng)?shù)难该汀＼浖o(wú)線電的主要理念是創(chuàng)建一個(gè)開(kāi)放的通用硬件平臺(tái)，而且具有模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化，而每種功能的實(shí)現(xiàn)均由軟件來(lái)完成，如此必然需將寬帶A/D與D/A轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，那么A/D轉(zhuǎn)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(huì)造成數(shù)倍成本增加，所以在研發(fā)過(guò)程中只對(duì)中頻進(jìn)行數(shù)字化。該設(shè)計(jì)采用成本低廉的TMS320VC5509及HSP50415核心芯片，且功耗低，其應(yīng)用相對(duì)廣泛，能對(duì)各種正交AM、PM進(jìn)行調(diào)制，是實(shí)現(xiàn)中頻發(fā)射機(jī)商業(yè)化的有效途徑。

二、軟件無(wú)線電的概念

軟件無(wú)線電顧名思義就是無(wú)線電收發(fā)信機(jī)以軟件加以控制，它的整個(gè)工作處理過(guò)程與工作參數(shù)不像無(wú)線電臺(tái)由硬件來(lái)主宰，而是由軟件進(jìn)行定義及控制。從某種意義上而言，軟件無(wú)線電就是把數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)運(yùn)用到天線端的RF （射頻）信號(hào)處理，也就是把寬帶A/D與D/A轉(zhuǎn)換器盡量靠近天線端得到使用，同時(shí)其各種功能與工作參數(shù)都能經(jīng)由軟件進(jìn)行定義。它不僅操作方便靈活，且可對(duì)工作環(huán)境的變化與技術(shù)的發(fā)展作出更加快捷的響應(yīng)。

三、軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1 設(shè)計(jì)方案

發(fā)信機(jī)系統(tǒng)框圖如圖1所示。設(shè)計(jì)方向是把終端傳送的數(shù)據(jù)交給VC5509處理，加幀頭、同步頭等，然后發(fā)送HSP50415里，通過(guò)混頻、插值到中頻，再輸出十二位模擬信號(hào)，經(jīng)由專(zhuān)門(mén)的發(fā)信機(jī)最終發(fā)出去。用于完成信號(hào)的插值、調(diào)制功能是HSP50415芯片，而用于完成處理數(shù)字信號(hào)及控制功能的是VC5509芯片。

2 系統(tǒng)的工作原理

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取矢量調(diào)制方式，由終端發(fā)出數(shù)據(jù)之后，通過(guò)串口發(fā)送到DSP進(jìn)行接收。讀取DSP后分I、Q兩路交替，再送至HSP50415。HSP50415對(duì)數(shù)據(jù)串接收變換之后，分成I、Q兩路并行，然后經(jīng)由星座映射，整形濾波與內(nèi)插之后，再把I、Q兩路的數(shù)字基帶信號(hào)移至中頻里，其公式是：

Outpylt=Ik cos（ωot）±Qksin（ωot）

按調(diào)制理論可知，當(dāng)k為基帶輸入信號(hào)，Q1為0時(shí)，即Output=S（t）cos（ωot），Ik=S（t），這時(shí)Output即為DSP調(diào)制信號(hào)。當(dāng)Qk是Ik的希爾伯特變換時(shí)，Output則獲得SSB調(diào)制信號(hào)，“+”，“-”分別對(duì)應(yīng)USB與LSB信號(hào)。之后，經(jīng)X/sin（X）補(bǔ)償濾波，12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換后送入發(fā)信機(jī)，最后輸出。

3 本設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件電路圖。上述已對(duì)發(fā)信機(jī)的方案設(shè)計(jì)與原理作了簡(jiǎn)述，而如下對(duì)該設(shè)計(jì)的硬件電路及其軟件流程進(jìn)行重點(diǎn)說(shuō)明。下面圖2所示為DSP和HSP50415的接口電路，采用2個(gè)片選，用于分別對(duì)HSP50415與向上變頻芯片輸送相關(guān)數(shù)據(jù)。經(jīng)由微處理器接口選通CE2進(jìn)行對(duì)HSP50415初始化。當(dāng)完成初始化之后選通CE0，DSP每收到中斷信號(hào)一個(gè)即執(zhí)行中斷程序，AWE與CE0相或得出HSP50415的數(shù)據(jù)時(shí)鐘，上變頻芯片會(huì)在DATACLK的上升沿采樣數(shù)據(jù)，然后經(jīng)由程序?qū)F引腳拉低或拉高進(jìn)行控制采樣的是I路或是Q路，其中斷信號(hào)由2*SYMCLK引腳生成。

3.2 軟件流程。圖3所示為發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖。在全部調(diào)試過(guò)程里，信號(hào)處理與軟件控制中VC5509的發(fā)揮作用十分重要。對(duì)VC5509初始化，包括時(shí)鐘模式寄存器CLKMD的設(shè)置，外部存儲(chǔ)器接口EMIF，外部總線選取寄存器EBSEL等，然后中斷向量表宜創(chuàng)建一個(gè)子文件加以存儲(chǔ)。

對(duì)初始化的HSP50415即是進(jìn)行對(duì)片內(nèi)寄存器賦值，而片內(nèi)有控制寄存器18個(gè)，能夠按照需求寫(xiě)入。需要提醒的是整形濾波器的系數(shù)先由sire415.exe產(chǎn)生，72位的I、Q兩路RAM，微處理器端口可一次性接收八位數(shù)據(jù)，需按資料的要求寫(xiě)入九次。

按上述方案可知，本設(shè)計(jì)出無(wú)線電發(fā)射機(jī)2FSK的調(diào)制方式時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸率是0.8Mbps，QPSK的調(diào)制方式時(shí)，卻為1.5Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。因本系統(tǒng)采取軟件化的設(shè)計(jì)，所以能夠按照用戶(hù)的使用需求進(jìn)行配置，而勿用對(duì)硬件加以更改，不但有利于升級(jí)換代系統(tǒng)，而且為用戶(hù)降低了成本。

四、軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)仿真系統(tǒng)

以下將創(chuàng)建一個(gè)發(fā)射機(jī)仿真系統(tǒng)，是在多相濾波器的實(shí)信號(hào)信道化的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)建，同時(shí)采取Matlab軟件實(shí)行仿真，以便驗(yàn)證它的可行性。

1 多相濾波器的信道化發(fā)射機(jī)系統(tǒng)仿真

在對(duì)該仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在劃分信道數(shù)、信道頻率與內(nèi)插倍數(shù)中，它們之間有著密切的關(guān)聯(lián)，所以應(yīng)當(dāng)綜合考慮，同時(shí)采取快速傅立葉變換進(jìn)行處理信號(hào)，使系統(tǒng)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(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2 仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

基于多相濾波器的8信道化發(fā)射機(jī)仿真結(jié)構(gòu)。主要基本參數(shù)有：

信道數(shù)：8

調(diào)制模式：AM

3 仿真系統(tǒng)的參數(shù)說(shuō)明

3.1 信道數(shù)。信道化發(fā)射機(jī)重點(diǎn)應(yīng)用于進(jìn)行對(duì)某帶寬內(nèi)的全部信道發(fā)射的場(chǎng)合，故其信道數(shù)應(yīng)當(dāng)很大，但對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力有所考慮，信道數(shù)勿可設(shè)置偏大，且增加仿真系統(tǒng)中信道數(shù)量只會(huì)使計(jì)算負(fù)擔(dān)得到增加，對(duì)驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性作用不大。因信道化濾波器的首步運(yùn)算為FFT2變換，故信道數(shù)是2的整數(shù)次冪為最好，如此能使工作效率得到提高，基于對(duì)上面的考慮，信道數(shù)可以設(shè)置為8。

3.2 波形調(diào)制。語(yǔ)音信號(hào)雖然它形象直觀，但其時(shí)域波形與頻譜均雜亂，反映數(shù)字信道的問(wèn)題模糊不清，因此不進(jìn)行選擇語(yǔ)音信號(hào)。在信道衰減中AM調(diào)制表現(xiàn)較為敏感，本擇取部分常見(jiàn)波形當(dāng)作調(diào)制波形，這樣能夠易于對(duì)發(fā)射機(jī)的性能進(jìn)行判斷。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

整個(gè)仿真程序主要如下：

I=8，=25kHz時(shí)的8個(gè)調(diào)幅（AM）信號(hào)的信道化發(fā)射機(jī)仿真結(jié)果如圖4所示。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了其正確性與可行性。

本章對(duì)系統(tǒng)仿真的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，主要達(dá)成了利用Matlab完成8信道信道化發(fā)射機(jī)系統(tǒng)仿真，該系統(tǒng)仿真可達(dá)到預(yù)期的效果。

結(jié)語(yǔ)

軟件無(wú)線電已成為一個(gè)重要的研究方向，它是以開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，應(yīng)用軟件工程技術(shù)于硬件的平臺(tái)上，具有很好的適應(yīng)性與靈活性，它漸已成為現(xiàn)代無(wú)線通信的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其引領(lǐng)著無(wú)線通信領(lǐng)域向著更先進(jìn)的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無(wú)線電原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.endprint