無線電臺的調制解調技術研究

吳 海

（國家新聞出版廣電總局871臺，海南東方572600）

隨著無線電臺技術的發展，特別是超大規模FPGA和微處理器的發展，使得無線電臺的更多功能可以通過軟件來實現，從而使得無線電臺可以擺脫硬件布線的限制，開始朝軟件無線電臺方向發展。軟件無線電臺使用一種通用的硬件就可以實現不同用途的無線電臺，不僅簡化了電臺硬件結構，同時也能夠促進不同電臺之間的相互兼容和通信。

調制解調是電臺通信的基礎，因此也是軟件無線電臺實現的關鍵內容。直接序列擴頻／差分的多進制相移鍵控（DS／DMPSK）是目前應用較為廣泛的調制解調技術之一，具有保密性能好、抗干擾能力強、頻譜利用率高等特點。為此，本文也主要以DS／DMPSK為例，對軟件無線電臺的調制解調技術進行研究。

1 無線電臺調制技術

無線電臺DS／DMPSK調制技術的原理框圖如圖1所示。

（1）差分編碼

MPSK信號依靠載波的絕對相位來實現信息傳遞，在接收端解調時，由于不知道初始相位，從而導致相位模糊。因此，不能夠使用非相干的解調方法。

其中一種解決方法就是差分調制方法，即對系帶數據進行差分編碼，用‘1’表示前后碼元變化，‘0’表示不變，差分編碼原理如圖2所示。

圖1 DS／DMPSK原理框圖

圖2 差分編碼原理圖

圖2 中，｛ɑn｝為編碼前的絕對碼，｛dn｝為編碼后的相對碼，差分編碼的數學模型如下所示：

（2）數據分路

在BPSK中，由1 bit基帶數據控制載波相位，2 bit和3 bit基帶數據控制8PSK和QPSK的載波相位。因此，在進行調制時，需要進行數據分錄，將8PSK分3路，QPSK分2路。分路之后的數據速率會降低，可以通過串并轉換來實現數據分路。

（3）正交平衡調制

正交平衡調制的目的是為了抑制載波，其原理如圖3所示，用I、Q兩路調制電壓分別與I、Q兩路正交載波相乘，然后通過累加求和來完成正交平衡調制。

圖3 正交平衡調制原理圖

如圖3所示，如果I、Q兩路的調制電壓平衡性交叉，那么就會導致載波抑制效果交叉和載波泄露現象。由于I、Q兩路的調制電壓平衡性與偽隨機碼的平衡性相關，因此在進行正交平衡調制時，應該選擇平衡性較好的偽隨機碼。

2 無線電臺解調技術

無線電臺DS／DMPSK解調原理設計如圖4所示。

圖4 DS／DMPSK解調原理圖

CIC濾波器的幅頻特性如圖5所示。

圖5 CIC濾波器的幅頻特性圖

旁瓣比主瓣低13.46 dB，旁瓣抑制為Q×13.46 dB，當Q＝5時，旁瓣抑制為67.3 dB，濾波前后的仿真圖如圖6（a）、（b）所示。

從圖5可以看出，CIC濾波器的零點帶寬為2π／D。單級CIC濾波器旁瓣比較大，可以采用多級級聯來降低CIC濾波器的旁瓣電平，采用Q級級聯的頻率響應為：

圖6 濾波前后的仿真結果圖

（1）AGC自動增益控制

無線電接收機在接收到中頻信號之后，需要進行自動增益控制，從而使得接收的數據幅度滿足進一步處理的要求。進行AGC處理的原因主要有如下兩點：

a.信號幅度要滿足ADC輸入電壓的要求，如果幅度太大，超過了ADC正常工作范圍，則無法實現正常采樣；如果太小，無法充分利用ADC性能，降低了采樣效果；

b.解擴解調過程會產生跟中頻信號幅度的相關峰，如果信號幅度不穩定，那么所產生的峰也不穩定，容易導致判決錯誤。

（2）CIC濾波

在自動增益并進行相關處理后的峰中，包含了大量的高頻分量。為了減少誤差，需要通過低通濾波來得到更加平坦的峰值。在無線電臺調制解調技術中就采用CIC積分濾波器進行濾波。

CIC濾波器的沖擊響應為：

CIC濾波器的頻率響應為：

3 總 結

超大規模集成電路技術的發展為無線電臺的數字調制解調技術奠定了堅實的基礎。通過軟件來實現數字調制解調，不僅可以降低無線電臺的建設成本，提高設備的可靠性，還可以融合各種調制解調技術，使得無線電臺調制解調技術適合各種調制體制，實現各種無線電臺的通信。

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