畢業(yè)設(shè)計(jì)---基于軟件無線電的無線多徑性能分析系統(tǒng)

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 課題組 </p><p>　　完成日期： 2012-5-31

2、 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　軟件無線電（softwareradio）在一個(gè)開放的公共硬件平臺(tái)上利用不同可編程的軟件方法實(shí)現(xiàn)所需要的無線軟件無線電電系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱SWR。理想的軟件無線電應(yīng)當(dāng)是一種全部可軟件編程的無線電，并以無線電平臺(tái)具有最大的靈活性為特征。全部可編程包括可編程射頻（RF）波段、信道接入方式和信道調(diào)制。

3、</p><p>　　本文介紹了軟件無線電的意義與發(fā)展趨勢(shì)，軟件無線電在當(dāng)代的作用已經(jīng)越來越重要。軟件無線電平臺(tái)主要由DSP 模塊，F(xiàn)PGA 模塊，射頻模塊，AD/DA 模塊組成。各模塊在研究中有各自的功能。本實(shí)驗(yàn)設(shè)備是由實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、信號(hào)發(fā)生器和終端計(jì)算機(jī)組成，使用DSP實(shí)現(xiàn)無線多徑信道下不同調(diào)制方式的解調(diào)實(shí)驗(yàn)的仿真。本課題所研究的是在高級(jí)軟件無線電平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)無線多徑信道下不同調(diào)制方式下的發(fā)射信號(hào)在接收端的誤碼率的

4、測(cè)量，從而對(duì)無線多徑信道性能進(jìn)行估測(cè)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：軟件無線電，信號(hào)發(fā)生器，F(xiàn)PGA，DSP</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Software radio ( softwareradio ) in an open public hardware platform using differ

5、ent programmable software method to realize the required software radio system. Referred to as SWR. The ideal software radio should be a full software programmable radio, and radio platform with maximum flexibility for f

6、eature. All programming includes programmable radio frequency ( RF ) band, channel access mode and channel modulation.</p><p>　　This paper introduces the significance and development trend of software radio,

7、 software defined radio in contemporary plays a more and more important role. Software radio platform by DSP module, FPGA module, RF module, AD/DA module. Each module in the study of their function. The experimental devi

8、ce is composed of an experimental platform, a signal generator and a terminal computer, use DSP to achieve the wireless multipath channel under different modulation demodulation simulation experiment. </p><p&g

9、t;　　Key words: Software Radio, Signal Generator, FPGA,DSP</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p>　　目 錄I

10、II</p><p>　　第一章 緒 論1</p><p>　　1.1本課題研究的背景與意義1</p><p>　　1.2軟件無線電技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)2</p><p>　　1.2.1軟件無線電應(yīng)用于軍事2</p><p>　　1.2.2 軟件無線電應(yīng)用于民事3</p><p>　

11、　1.2.3 軟件無線電的發(fā)展趨勢(shì)3</p><p>　　1.3 論文的總體結(jié)構(gòu)4</p><p>　　第二章 軟件無線電的概述5</p><p>　　2.1軟件無線電的概念5</p><p>　　2.2 軟件無線的功能結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.2.1 射頻低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)5</p>

12、<p>　　2.2.2 射頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.2.3 寬帶中頻數(shù)字化采樣結(jié)構(gòu)7</p><p>　　第三章 高級(jí)軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)10</p><p>　　3.1 系統(tǒng)特點(diǎn)10</p><p>　　3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)11</p><p>　　3.3 硬件平臺(tái)13</

13、p><p>　　第四章 基于軟件無線電的無線多徑性能的研究18</p><p>　　4.1 DSP和ARM通信18</p><p>　　4.2 信號(hào)調(diào)制20</p><p>　　4.3 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)解調(diào)24</p><p>　　4.4 系統(tǒng)的調(diào)試27</p><p>　　4.5 不同調(diào)制方式下

14、調(diào)制信息的誤碼率29</p><p><b>　　結(jié)束語33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p>

15、<p>　　1.1本課題研究的背景與意義</p><p>　　在當(dāng)今的無線通信的領(lǐng)域內(nèi)，多徑指的是無線電信號(hào)從多個(gè)路徑傳播后到達(dá)接收天線的傳播方式。大氣層的電離層對(duì)電波的折射現(xiàn)象和散射現(xiàn)象、同時(shí)對(duì)電磁波也有散射現(xiàn)象，同時(shí)山群、建筑群等地表物體也會(huì)反射電波會(huì)造成多條路徑的傳播。</p><p>　　多徑傳播會(huì)使信號(hào)衰落和相位偏移。沖激響應(yīng)的幅度服從瑞利分布的多徑信道的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型就

16、是瑞利衰落。統(tǒng)計(jì)學(xué)模型可以由萊斯衰落描述的多徑信道是存在直射信號(hào)的多徑信道。 </p><p>　　在傳輸視頻信號(hào)中可以明顯地看到多徑效應(yīng)對(duì)于通信質(zhì)量的影響。通過短路徑到達(dá)接收天線的信號(hào)分量比長(zhǎng)路徑到達(dá)天線的信號(hào)稍早。因?yàn)殡娨曋械碾娮訕寬呙枋菑淖筮叺接疫?，早到的信?hào)會(huì)在遲到的信號(hào)形成的電視畫面上再增加一個(gè)稍微靠左的虛像。 </p><p>　　對(duì)于相似的原由，獨(dú)個(gè)目標(biāo)將會(huì)因?yàn)榈匦畏瓷湓诶走_(dá)

17、接收機(jī)上產(chǎn)生單個(gè)或者多個(gè)假象。此些假象的運(yùn)動(dòng)的方式和它們反射的實(shí)物類似，所以雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別受到了影響。為了解決這一問題，雷達(dá)的接收端需要將周圍的地形圖和信號(hào)相對(duì)比，將看上去在地面以下或者在一定高度以上的由反射產(chǎn)生的信號(hào)去除。 </p><p>　　在當(dāng)今無線數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號(hào)傳輸?shù)目煽啃詴?huì)受到多徑效應(yīng)產(chǎn)生的符號(hào)間干擾（ISI）的影響。時(shí)域均衡、正交頻分復(fù)用（OFDM）和Rake接收機(jī)都能用來克服多徑效應(yīng)所造成

18、的影響。</p><p>　　飛速發(fā)展的軟件無線電技術(shù)，提供了一個(gè)靈活的平臺(tái)來分析系統(tǒng)的多徑性能的好壞，將硬件用作于無線通信的基本平臺(tái)就是軟件無線電的基本概念，而最大限度的用軟件實(shí)現(xiàn)無線通信和個(gè)人通信功能，軟件無線電技術(shù)是近來出現(xiàn)的一種用于無線通信的新的體系的結(jié)構(gòu)，他的特點(diǎn)是很強(qiáng)的靈活性和開放性，由于現(xiàn)有無線通信體制沒有軟件無線電擁有的很多優(yōu)勢(shì)所以他有著廣泛的應(yīng)用，軟件無線電技術(shù)在軍用方面可以用于各式各樣的軍用電

19、臺(tái)的互相連通，軟件無線電系統(tǒng)能夠接進(jìn)各式軍用移動(dòng)通信網(wǎng)。在民事應(yīng)用中，多種頻段模式的移動(dòng)通信設(shè)備通用手機(jī)多種頻段模式的移動(dòng)通信設(shè)備通用基站無線局域網(wǎng)及通用網(wǎng)關(guān)等都是軟件無線電的應(yīng)用范圍，軟件無線電用軟件來實(shí)現(xiàn)各種通信功能，因此無線通信新系統(tǒng)開發(fā)新產(chǎn)品將慢慢的轉(zhuǎn)到軟件實(shí)現(xiàn)上來，所以無線通信產(chǎn)品的價(jià)值也將逐漸更多地體現(xiàn)在軟件的實(shí)現(xiàn)上，因此第三次革命是無線通信領(lǐng)域從固定到移動(dòng)從模擬到數(shù)字，和計(jì)算機(jī)及程控交換相當(dāng)?shù)木薮螽a(chǎn)業(yè)必然將形成。</

20、p><p>　　將寬帶模數(shù)變換器及數(shù)模變換器最大可能地靠近射頻天線,成為一個(gè)具有“A/D-DSP-D/A”模型的通用、開放硬件平臺(tái),在這個(gè)硬件平臺(tái)上盡可能使用軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電臺(tái)的不同功能模塊就是軟件無線電的基本思想。比如對(duì)信道進(jìn)行分離時(shí)，使用寬帶ADC通過可編程數(shù)字濾波器來實(shí)現(xiàn)；應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù),通過軟件的編程來實(shí)現(xiàn)通信頻段的選擇,像SHF、UHF、VHF和HF等；通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)對(duì)傳送信息進(jìn)行抽樣、量化、編

21、碼/解碼、運(yùn)算處理和變換的操作,用來實(shí)現(xiàn)射頻電臺(tái)的收發(fā)功能；通過軟件編程實(shí)現(xiàn)來選擇不同的信道調(diào)制方式,像調(diào)頻、調(diào)幅、數(shù)據(jù)、單邊帶、跳頻和擴(kuò)頻等。 </p><p>　　本課題通過軟件無線電分析多徑信道對(duì)調(diào)制方式性能影響的原理，分析無線多徑信道對(duì)調(diào)制的方式性能影響的理論結(jié)果。</p><p>　　1.2軟件無線電技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1.2.1軟件

22、無線電應(yīng)用于軍事</p><p>　　軟件無線電技術(shù)所擁有的新特點(diǎn)、新思想、新概念和其漸漸形成的新技術(shù)新理論在電子戰(zhàn)中有了很廣泛的前途。在當(dāng)今時(shí)代，電子戰(zhàn)系統(tǒng)常常都是在已知或者是在之前假設(shè)的幾種信號(hào)的樣式下工作的，該系統(tǒng)無能為力就在目標(biāo)信號(hào)特點(diǎn)或通信方式發(fā)生改變，一定要開發(fā)出新的電子商務(wù)戰(zhàn)系統(tǒng)來適應(yīng)這種改變，帶來的不僅是增加了裝備費(fèi)用，而常常會(huì)耽誤戰(zhàn)機(jī)的后果，而解決這一問題的最佳技術(shù)途徑就是軟件無線電， 有理由相

23、信這種軟件化電子設(shè)備將是未來綜合電子戰(zhàn)的發(fā)展方向。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中是很重要的雷達(dá)，因?yàn)橛猛静煌?，?duì)雷達(dá)信號(hào)參數(shù)、載波、脈寬內(nèi)調(diào)制有不同的要求就要求有不同功能的雷達(dá)，顯而易見，如果雷達(dá)的設(shè)計(jì)研制能應(yīng)用軟件無線電的設(shè)計(jì)思想，那么當(dāng)前雷達(dá)設(shè)計(jì)所存在的問題就能比較圓滿地處理，22年美國(guó)國(guó)防高級(jí)計(jì)劃局提出了稱之為“易通話”的speakeasy計(jì)劃，開發(fā)一種能聯(lián)合作戰(zhàn)要求的三軍統(tǒng)一的多模式、多頻段電臺(tái)就是MBMMR電是臺(tái)該計(jì)劃的目的，MBMMR電臺(tái)不僅

24、僅采用了標(biāo)準(zhǔn)總線、模塊化設(shè)計(jì)和開放式結(jié)構(gòu)。開放式結(jié)構(gòu)對(duì)投資商來說是更大的市場(chǎng)，對(duì)用戶來說則有更多的選擇空間（技術(shù)、價(jià)格、性能、供貨期、服務(wù)等）可以說開放式結(jié)構(gòu)是一種結(jié)構(gòu)。所以將來的軍</p><p>　　1.2.2 軟件無線電應(yīng)用于民事</p><p>　　將成為軟件無線電技術(shù)更重要的應(yīng)用領(lǐng)域的民用方面的應(yīng)用，它包含：無線局域網(wǎng)及無線用戶環(huán)的通用網(wǎng)關(guān)、多頻多模式移動(dòng)設(shè)備通用基站、多頻多模式

25、移動(dòng)通信設(shè)備等。</p><p>　　從多頻多模式移動(dòng)通用通信設(shè)備來說。作為無線個(gè)人通信的重要業(yè)務(wù)的移動(dòng)通信設(shè)備具有很大的市場(chǎng)，而多種移動(dòng)電話體制存在與現(xiàn)在世界上，甚至也可能有多個(gè)系統(tǒng)共存在一個(gè)國(guó)家或地區(qū)，這是非常不方便的，對(duì)于想用一部手機(jī)走遍全球的用戶來說；另外，某些大城市的市中心地區(qū)，移動(dòng)電話用戶數(shù)量過多所以很難滿足要求。而現(xiàn)在還將存在這些長(zhǎng)期共存的不同的系統(tǒng)，并且未來的標(biāo)準(zhǔn)也極有可能相似于軟件無線電的體系。

26、所以用軟件無線電實(shí)現(xiàn)多頻多模式移動(dòng)手機(jī)，以上問題不僅僅可以解決，而且從長(zhǎng)遠(yuǎn)看也是很非常有意義的。但是功率、體積和成本問題將是真正地實(shí)現(xiàn)多頻多模式手機(jī)的困難。</p><p>　　1.2.3 軟件無線電的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1990年以來，飛速發(fā)展的各類無線通信系統(tǒng)。無線電通信制式的差別，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展，人們?cè)絹碓街匾曑浖o線電技術(shù)，預(yù)計(jì)軟件無線電將成為將來全球通信網(wǎng)絡(luò)的

27、一項(xiàng)新的體制的理想結(jié)構(gòu)，軟件無線電臺(tái)以數(shù)字形式進(jìn)行從RF到基帶的所有信號(hào)的處理任務(wù)，所以可以說是完全是編程控制的，而且它有著可重組和再生的結(jié)構(gòu)。然而由于沒有可應(yīng)用于射頻段的符合要求A/D變換器，全頻段數(shù)字化的關(guān)鍵的軟件無線電臺(tái)的數(shù)字RF前端是正在開始研究的另一個(gè)課題。</p><p>　　現(xiàn)在的中頻、基帶或終端等部分的信號(hào)處理的數(shù)字信號(hào)處理器件中已廣泛應(yīng)用軟件無線電技術(shù)，使得無線電設(shè)備的技術(shù)性能提升到了一個(gè)嶄新的

28、現(xiàn)代化高水平，只是它的RF前端仍是窄帶的。對(duì)軟件無線電臺(tái)來說，整個(gè)通訊頻帶可以在它的RF前端的A/D變換器必須能得到處理，一般情況從2MHz至3GHz。另一方面，存在衰落和屏蔽是移動(dòng)通信信號(hào)的典型特征，還極有可能出現(xiàn)強(qiáng)阻塞和干擾。 使得出現(xiàn)在接收RF端的移動(dòng)通信信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)100dB以上．如果從不同標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)通信信號(hào)考慮，對(duì)F帶寬為10MHz的系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)范圍還將更大，它的采樣頻率大干25 MHZ，因此需要2500MIPS的運(yùn)算處

29、理能力。而這對(duì)RF前端所要處理的信號(hào)環(huán)境要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)不可能得到滿足。即使A/D變換器是有可能夠滿足帶寬和動(dòng)態(tài)范圍要求的，它所使用的移動(dòng)終端耐功率的要求仍然會(huì)受到阻礙。</p><p>　　從上面論述可以知道，軟件無線電有兩層不同的意思：一是數(shù)字信號(hào)處理，二是射頻(RF)前端，寬帶A/D/A變換器和高速DSP芯片就是其核心部件。能根據(jù)無線波段、波道接入方式，通過定義設(shè)備工作參數(shù)，重組信道結(jié)構(gòu)，在硬件平臺(tái)完成各種信號(hào)處理

30、任務(wù)就是軟件無線電的最大優(yōu)點(diǎn)。所以可以采用在硬件平臺(tái)上設(shè)計(jì)每一個(gè)工作標(biāo)準(zhǔn)的專用數(shù)字前端，或者利用不同工作標(biāo)準(zhǔn)的共性，前一種設(shè)計(jì)不但可以獲得最大的自由度。而且可以使用的門電路數(shù)量降至最少。后一種設(shè)計(jì)則必需開發(fā)實(shí)現(xiàn)數(shù)字前端功能的專用算法，但是可以使用ASIC來實(shí)現(xiàn)，使我們能夠最大限度的使無線電臺(tái)的概念得到利用。</p><p>　　概括說來，盡管軟件無線電臺(tái)一開始是用作于軍事短波超視距通信，因此才開發(fā)的，但是由于它有

31、可以提供模擬接收機(jī)所沒有的高保真度的同時(shí)還能夠提供極好的靈恬性等優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)軟件稍作修改便可滿足與不同用戶的需求、而且其成本費(fèi)用十分低，再加上數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，所以它已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于民用的通信領(lǐng)域了。</p><p>　　1.3 論文的總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　第一章為緒論，簡(jiǎn)要介紹了軟件無線電的研究背景、意義和國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。</p><

32、;p>　　第二章是對(duì)軟件無線電的概念，特征，功能結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　第三章介紹基于軟件無線電平臺(tái)的各部分參數(shù)和規(guī)格。</p><p>　　第四章介紹了軟件無線電的內(nèi)部功能和本課題所研究的內(nèi)容。</p><p>　　第二章 軟件無線電的概述</p><p>　　2.1軟件無線電的概念</p><p&g

33、t;　　首次所謂軟件無線電（Software Defined Radio,簡(jiǎn)稱SDR），就是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺(tái)上，利用軟件來定義實(shí)現(xiàn)無線電臺(tái)的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號(hào)的基帶處理等等。即整個(gè)無線電臺(tái)從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來完成。其核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的"數(shù)字/模擬"轉(zhuǎn)換器，盡早地完成信號(hào)的數(shù)字化，從而使得無線電臺(tái)的功能盡可能地

34、用軟件來定義和實(shí)現(xiàn)。總之，軟件無線電是一種基于數(shù)字信號(hào)處理(DSP)芯片，以軟件為核心的嶄新的無線通信體系結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.2 軟件無線的功能結(jié)構(gòu)</p><p>　　軟件無線電的基本平臺(tái)主要包括四個(gè)部分：多頻段射頻轉(zhuǎn)換器、天線、DSP處理器和寬帶A/D和D/A 轉(zhuǎn)換器幾個(gè)部分。軟件無線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。 </p><p>　　圖2.1理想的軟

35、件無線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　它的一般的結(jié)構(gòu)基本可以有射頻低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)、寬帶中頻數(shù)字化采樣結(jié)構(gòu)和射頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.2.1 射頻低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)</p><p>　　射頻低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)是一種理想的軟件無線電結(jié)構(gòu)，如圖2.2 所示。</p><p>　　圖2.2射頻低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)</p

36、><p>　　這種結(jié)構(gòu)將數(shù)字化程度擴(kuò)展到最大，從天線進(jìn)來的信號(hào)經(jīng)過濾波放大后就由A/D進(jìn)行采樣數(shù)字化，滿足了軟件無線電概念的需求，可是它需要A/D轉(zhuǎn)換器要有非常高的性能，也需要DSP有很高的處理速度，當(dāng)前還不能很好的解決上面所提到的問題，所以，射頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)作為一種折中的解決方案被提到了發(fā)展研究的日程上來。</p><p>　　2.2.2 射頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)</p>

37、<p>　　射頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)與低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)最大的區(qū)別就在于A/D 前采用了帶寬相對(duì)較窄的電調(diào)濾波器，如圖2.2所示。它根據(jù)所需要的處理帶寬進(jìn)行帶通采樣，很大程度的降低了對(duì)A/D 采樣速率以及DSP 處理速度的要求。</p><p>　　圖2.3 射頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2.3 寬帶中頻數(shù)字化采樣結(jié)構(gòu)</p><p>　　

38、此軟件無線電結(jié)構(gòu)與目前中頻數(shù)字化接收機(jī)的結(jié)構(gòu)類似，如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3軟件無線電的中頻數(shù)字化結(jié)構(gòu)</p><p>　　它的主要特點(diǎn)是中頻帶寬更寬(比如20 MHz)，所有調(diào)制解調(diào)等功能全部由軟件加以實(shí)現(xiàn)。中頻帶寬比較寬是這種軟件無線電與普通超外差中頻數(shù)字化接收機(jī)的本質(zhì)區(qū)別。顯而易見，這種寬帶中頻帶通采樣軟件無線電結(jié)構(gòu)是上述3種結(jié)構(gòu)中最容易實(shí)現(xiàn)的，對(duì)器件的性能要求最

39、低。但它離理想軟件無線電的要求最遠(yuǎn)，可擴(kuò)展性、靈活性也是最差的。</p><p>　　第三章 高級(jí)軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)</p><p>　　軟件無線電技術(shù)（Software Radio）技術(shù)是20 世紀(jì)末提出的一種設(shè)計(jì)思想，它的核心是在通用的通信硬件平臺(tái)上加載不同的通信軟件，以實(shí)現(xiàn)不同的通信方式司的轉(zhuǎn)換。這種全新的設(shè)計(jì)思想使通信中的無線電臺(tái)可以適應(yīng)各種不同的通信方式，軟件無線電臺(tái)良好的兼容性

40、和可編程性使得通信系統(tǒng)的開發(fā)主要成為DSP(數(shù)字信號(hào)處理)軟件的研究。這將極大地縮短通信系統(tǒng)開發(fā)的時(shí)間和成本，可以說未來采用軟件無線電技術(shù)的軟件無線電臺(tái)在通信系統(tǒng)中的作用完全可以同通用PC(個(gè)人電腦)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域所起的作用相提并論。</p><p>　　軟件無線電突破了傳統(tǒng)電臺(tái)以硬件為核心的設(shè)計(jì)模式，將寬帶A/D轉(zhuǎn)換器盡可能靠近射頻天線，盡可能早地將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，在通用的硬件平臺(tái)上最大程度地通過

41、軟件來實(shí)現(xiàn)不同的通信方式。軟件無線電以現(xiàn)代通信理論為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號(hào)處理為核心，以微電子技術(shù)為支撐，突破了傳統(tǒng)的無線電臺(tái)以功能單一、可擴(kuò)展性差的硬件為核心的設(shè)計(jì)局限性，強(qiáng)調(diào)以可編程的硬件作為通用平臺(tái)，盡可能地用可升級(jí)、可重配置的軟件來實(shí)現(xiàn)各種無線電功能的設(shè)計(jì)新思路。</p><p>　　軟件無線電技術(shù)的出現(xiàn)是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的一次巨大飛躍，將會(huì)給電子技術(shù)帶來深刻變革。它采用了通用的DSP硬件平臺(tái)，具有完全的可編程性

42、，這與全數(shù)字接收機(jī)專用的硬件芯片結(jié)構(gòu)完全不同，是電子技術(shù)領(lǐng)域繼模擬與數(shù)字技術(shù)之后第3次重大的飛躍，必將在未來對(duì)電子技術(shù)的發(fā)展及設(shè)計(jì)思想的變革產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并且在軍用和民用兩個(gè)方面都將有著廣泛的應(yīng)用</p><p><b>　　3.1 系統(tǒng)特點(diǎn)</b></p><p>　　高級(jí)軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字系統(tǒng)。系統(tǒng)的架構(gòu)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，整體上采用ARM+

43、DSP+FPGA+RF 的構(gòu)架，可以實(shí)現(xiàn)任何典型的無線通信方式。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)行WinCE系統(tǒng)， 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有非常豐富的實(shí)驗(yàn)功能，演示大多數(shù)數(shù)字調(diào)制和解調(diào)，研究不同解調(diào)的性能，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配有綜合的演示實(shí)例，完成真實(shí)的無線通信，通信標(biāo)準(zhǔn)采用IEEE 802.15.4c和CWPAN兼容方式。</p><p>　　系統(tǒng)配有功能強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)通信信號(hào)發(fā)生器，用來產(chǎn)生各種調(diào)制信號(hào)，模擬各種

44、無線信道對(duì)信號(hào)的影響，使學(xué)生可以直觀的體驗(yàn)到無線信道對(duì)不同調(diào)制的影響。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件是開放的，可以進(jìn)行二次開發(fā)和創(chuàng)新開發(fā)。可以對(duì)平臺(tái)中的ARM、DSP、FPGA進(jìn)行編程形成新的應(yīng)用和研究系統(tǒng)。</p><p><b>　　3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　圖3.1 軟件無線電平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p>&

45、lt;p>　　圖3.2 軟件無線電平臺(tái)</p><p>　　本課題主要用到的兩個(gè)模塊式DSP模塊和FPGA模塊，它們各自的功能如下：</p><p>　　DSP模塊：DSP（digital singnal processor）是一種獨(dú)特的微處理器，有自己的完整指令系統(tǒng)，是以數(shù)字信號(hào)來處理大量信息的器件。一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器在一塊大的芯片內(nèi)包括有控制單元、運(yùn)算單元、各種寄存器以及一定數(shù)量

46、的存儲(chǔ)單元等等，在其外圍還可以連接若干存儲(chǔ)器，并可以與一定數(shù)量的外部設(shè)備互相通信，有軟、硬件的全面功能，本身就是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)。DSP 采用的是哈佛設(shè)計(jì)，即數(shù)據(jù)總線和地址總線分開，使程序和數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在兩個(gè)分開的空間，允許取指令和執(zhí)行指令完全重疊。也就是說在執(zhí)行上一條指令的同時(shí)就可取出下一條指令，并進(jìn)行譯碼，這大大的提高了微處理器的速度。另外還允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間進(jìn)行傳輸，因?yàn)樵黾恿似骷撵`活性。其工作原理是接收模信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0

47、 或1 的數(shù)字信號(hào)，再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。由于它運(yùn)算能力很強(qiáng)，速度很快</p><p>　?。?）在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；</p>

48、;<p>　?。?）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)；</p><p>　?。?）片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問；</p><p>　　（4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；</p><p>　?。?）快速的中斷處理和硬件I/O 支持；</p><p>　?。?）具有在單周期內(nèi)操作

49、的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器；</p><p>　?。?）可以并行執(zhí)行多個(gè)操作；</p><p>　?。?）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。</p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。</p><p><b&

50、gt;　　FPGA模塊：</b></p><p>　　SDR基帶處理常常同時(shí)需要處理器和FPGA。在這類應(yīng)用中，處理器負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制及配置功能，而FPGA實(shí)現(xiàn)計(jì)算密集型的信號(hào)處理數(shù)據(jù)路徑和控制功能，以實(shí)現(xiàn)最小的系統(tǒng)延時(shí)。當(dāng)必須從一種標(biāo)準(zhǔn)切換到另一種標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，處理器能夠在主要的軟件部件之間動(dòng)態(tài)切換，而FPGA可以根據(jù)需要完全重新配置，以實(shí)現(xiàn)特定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)路徑。</p><p>　　F

51、PGA能夠被用作與DSP和通用處理器接口的協(xié)處理器，從而提供更高的系統(tǒng)性能和更低的系統(tǒng)成本。擁有自由選擇在哪里實(shí)現(xiàn)基帶處理算法的權(quán)利為實(shí)現(xiàn)SDR算法增加了靈活性。</p><p>　　FPGA提供了一個(gè)高度靈活的集成平臺(tái)，基于此平臺(tái)能夠以合理的功耗實(shí)現(xiàn)計(jì)算密集型數(shù)字中頻功能，而功耗是便攜系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵要素。能夠在FPGA上實(shí)現(xiàn)的中頻功能包括數(shù)字上變頻器(DUC)和下變頻器(DDC),以及有助于降低功率放大器(PA

52、)成本和功耗的數(shù)字預(yù)失真(DPD)與波峰因數(shù)降低(CFR)功能。</p><p><b>　　3.3 硬件平臺(tái)</b></p><p><b>　　射頻模塊：</b></p><p>　　OV-SDR0701-BP射頻子系統(tǒng)采用流行的直接變頻技術(shù)，形成零中、低中頻通信系統(tǒng)。零中頻和低中頻通信系統(tǒng)是現(xiàn)在主流的數(shù)字通信和移動(dòng)通

53、信的射頻架構(gòu)。具備可以調(diào)節(jié)的發(fā)射功率，可以調(diào)節(jié)的接受增益，方便形成AGC環(huán)路。</p><p><b>　　表3.1</b></p><p><b>　　濾波器模塊：</b></p><p>　　不同的通信系統(tǒng)需要使用不同的濾波器模塊，系統(tǒng)提供不同的濾波器模塊支持。</p><p><b>

54、;　　表3.2</b></p><p><b>　　AD/DA模塊：</b></p><p>　　高速雙路AD/DA 系統(tǒng)，完成模擬域和數(shù)字域的信號(hào)轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　表3.3</b></p><p><b>　　FPGA 模塊：</b></p

55、><p>　　系統(tǒng)支持不同型號(hào)和容量的FPGA，適合多種不同應(yīng)用。</p><p><b>　　表3.4</b></p><p><b>　　DSP 模塊:</b></p><p>　　該系統(tǒng)支持不同的DSP</p><p><b>　　表3.5</b>&l

56、t;/p><p><b>　　ARM 模塊:</b></p><p>　　作為高級(jí)的通信系統(tǒng)，高性能多功能的主控處理器是不可缺少的。</p><p><b>　　表3.6</b></p><p>　　數(shù)字通信信號(hào)產(chǎn)生器及軟件：（可選配）</p><p>　　OV-SDR0701-

57、BP配備功能強(qiáng)大的通信信號(hào)產(chǎn)生器。信號(hào)產(chǎn)生起可以產(chǎn)生數(shù)字通信中信道和射頻對(duì)系統(tǒng)的影響，可以產(chǎn)生不同的受影響的基帶信號(hào)。OV-SDR0701-BP共同使用，將產(chǎn)生的信號(hào)發(fā)送給接收機(jī)，用來驗(yàn)證接收機(jī)的性能。</p><p><b>　　表3.7</b></p><p>　　無線基帶信號(hào)發(fā)生器軟件：</p><p>　　圖 3.3無線基帶信號(hào)發(fā)生器軟

58、件界面</p><p><b>　　系統(tǒng)使用：</b></p><p>　　高級(jí)軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由信號(hào)發(fā)生器和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)組成，部分實(shí)驗(yàn)由信號(hào)發(fā)生器和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)共同完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)產(chǎn)生的波形可以用示波器觀察。</p><p>　　第四章 基于軟件無線電的無線多徑性能的研究</p><p>　　4.1 DSP和ARM通信

59、</p><p>　　RM與DSP通過HPI接口協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)通信。ARM主要提供用戶交互的界面，用戶可以在程序界面中輸入傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，ARM將用戶輸入的數(shù)據(jù)通過HPI口發(fā)送給DSP，并且通知DSP開始工作。DSP在接收到ARM發(fā)送的開始工作命令后，從固定的地址獲取ARM傳送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度以及數(shù)據(jù)存放地址，然后到相應(yīng)地址讀取數(shù)據(jù)，將讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行搬移，搬移完畢后發(fā)送HINT中斷給ARM通知DSP端數(shù)據(jù)操作已經(jīng)完成。A

60、RM接收到DSP發(fā)送的HINT中斷后從DSP相應(yīng)位置讀取DSP搬移后的數(shù)據(jù)，重新在應(yīng)用程序界面中顯示。工作原理簡(jiǎn)易框圖如圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1 DSP和ARM通信</p><p>　　HPI口是并行接口， HOST可以通過HPI口直接訪問DSP的存儲(chǔ)空間。HOST作為HPI接口的主控，訪問非常便捷。</p><p>　　HOST與DSP可以通過

61、內(nèi)部或者外部存儲(chǔ)器交換信息。并且HOST端可以直接訪問內(nèi)存映射的外設(shè)。HPI與DSP的CPU連接是通過DMA或者EDMA實(shí)現(xiàn)的。HOST以及DSP都可以訪問HPI控制寄存器HPIC。通過外部數(shù)據(jù)以及接口控制信號(hào)HOST端可以訪問HPI地址寄存器HPIA，HPI數(shù)據(jù)寄存器HPID。C64XX系列DSP端CPU也可以訪問HPIA。</p><p>　　TMS320C6713的HPI硬件接口如圖4.2 所示：</

62、p><p>　　圖4.2 TMS320C6713的HPI硬件接口</p><p><b>　　其時(shí)序圖如圖：</b></p><p>　　圖4.3 TMS320C6713的HPI時(shí)序圖</p><p>　　DSP與ARM通信完成如下內(nèi)容：</p><p>　　在數(shù)據(jù)輸入界面中輸入數(shù)據(jù)按ENTER后，A

63、RM將用戶輸入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度一通過HPI口寫在DSP的SDRAM的0X20008地址中；把用戶輸入數(shù)據(jù)所存儲(chǔ)的地址放在0x10000的地址單元中；把數(shù)據(jù)寫在0X20004（存儲(chǔ)在0X1000）開始的位置。置位FLAG=1通知DSP用戶已經(jīng)輸入數(shù)據(jù)。</p><p>　　DSP在檢測(cè)到0x20000存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為1后，首先從0X20008獲取用戶輸入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；然后從0X1000獲得用戶輸入的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在何位置。在得到位置

64、與長(zhǎng)度信息后，DSP程序?qū)?shù)據(jù)拷貝到0x80000000為開始的位置。完成數(shù)據(jù)搬移后，DSP發(fā)送HINT中斷，通知ARM，數(shù)據(jù)處理已經(jīng)完成。</p><p>　　如上功能的DSP示例程序如下：</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p&g

65、t;　　flag=*((int *)(0x20000));</p><p>　　if(flag==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　temp=(*((int *)0x20004));</p><p>　　pData=(int *)temp;</p><p>　　iC

66、ountData=*((int *)0x20008);</p><p>　　pMovedData=(int*)0x80000000;</p><p>　　(*pMovedData++)=iCountData;</p><p>　　for (i=1;i<=iCountData;i++)</p><p><b>　　{</b

67、></p><p>　　(*pMovedData++)=(*pData++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　HPI_setHint(1); </p><p><b>　　} </b></p><p>　　for (i=1;i&l

68、t;=1000;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for (j=1;j<=1000;j++) ;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>

69、;　　4.2 信號(hào)調(diào)制</b></p><p>　　以DSP與ARM通信實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了基帶信號(hào)的調(diào)制。</p><p>　　在ARM端應(yīng)用程序界面輸入要調(diào)制的數(shù)據(jù)；ARM將輸入的數(shù)據(jù)通過HPI口傳遞給DSP；在DSP中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，然后傳遞給FPGA；FPGA控制DA，將經(jīng)過調(diào)制后的數(shù)據(jù)通過DA發(fā)送出去。</p><p>　　二進(jìn)制相移鍵控（BPS

70、K）</p><p>　　在二進(jìn)制相移鍵控中，幅度恒定的載波信號(hào)隨兩個(gè)代表二進(jìn)制1或0的信號(hào)和的改變而在兩個(gè)不同的相位間跳變。通常這兩個(gè)相位差180°。如果正弦載波的幅度為，每比特能量，則傳輸?shù)腂PSK信號(hào)為：</p><p>　?。ǘM(jìn)制的1） （4.1）</p><p><b>　　或者</b></p&

71、gt;<p><b>　　(4.2)</b></p><p><b>　?。ǘM(jìn)制的0）。</b></p><p>　　出于方便，經(jīng)常將和一般化為二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)，它呈現(xiàn)兩種可能的脈沖波形中的一種。這樣傳輸信號(hào)可以表示為：</p><p><b>　　(4.3)</b></p>

72、<p>　　BPSK信號(hào)等效于抑制載波雙邊帶調(diào)幅波形，其中相當(dāng)于載波，數(shù)據(jù)信號(hào)相當(dāng)于調(diào)制波形。</p><p>　　四相相移鍵控（QPSK）</p><p>　　四相相移鍵控s在一個(gè)調(diào)制符號(hào)中傳輸兩個(gè)比特，因此其帶寬效率比BPSK的帶寬效率高兩倍。載波的相位為四個(gè)間隔相等的值，比如0、、和，每一個(gè)相位只對(duì)應(yīng)于唯一的一對(duì)消息比特。這個(gè)符號(hào)狀態(tài)集的QPSK信號(hào)可定義為：</

73、p><p>　　， ， (4.4)</p><p>　　其中，為符號(hào)持續(xù)時(shí)間，等于兩個(gè)比特周期。</p><p>　　頻移鍵控（FSK）。</p><p>　　在頻移鍵控調(diào)制系統(tǒng)中，幅度恒定不變的載波信號(hào)的頻率隨著可能的信息狀態(tài)而切換，以2FSK為例，信息狀態(tài)由二進(jìn)制1和0表示，分別對(duì)應(yīng)某個(gè)載波頻率。根據(jù)頻率變化影響發(fā)射波形的

74、方式，F(xiàn)SK信號(hào)在相鄰的比特之間，通常呈現(xiàn)連續(xù)的相位。通常，2FSK信號(hào)的表達(dá)式為：</p><p>　?。ǘM(jìn)制的1）， (4.5)</p><p><b>　　或者</b></p><p>　　（二進(jìn)制的0）。 (4.6)</p><p>　　其中，代表信號(hào)載波的恒定偏移。<

75、/p><p>　　一種簡(jiǎn)單的產(chǎn)生FSK信號(hào)的方法是，依照數(shù)據(jù)比特是0還是1，在兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器中切換。更常用的產(chǎn)生FSK信號(hào)的方法是，使用信號(hào)波形對(duì)單一載波振蕩器進(jìn)行頻率調(diào)制。這種調(diào)制方法類似于生成模擬FM信號(hào)，只是調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制波形。因此，2FSK可表示為：</p><p>　　。 (4.7)</p><p>　　最小頻移鍵控(MSK)</p>

76、<p>　　MSK調(diào)制信號(hào)可以表達(dá)式為：</p><p><b>　　(4.8)</b></p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　(4.9)</b></p><p>　　其中，和b分別是雙極性數(shù)據(jù)流的"奇比特"和&qu

77、ot;偶比特"，以的速率輸入解調(diào)器的同步積分環(huán)路。應(yīng)當(dāng)注意MSK信號(hào)有很多種形式。例如，一種MSK信號(hào)僅使用正的半正弦脈沖作為基本脈沖，另一種可能會(huì)使用正負(fù)交替變化的半正弦脈沖為基本脈沖信號(hào)。然而，所有的MSK信號(hào)都是相位連續(xù)的FSK信號(hào)，使用不同的技術(shù)以有效地利用頻譜。</p><p>　　MSK調(diào)制FPGA程序：</p><p>　　i_sk_sending:process(

78、rst,clk)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if rst = '1' then</p><p>　　sk_st_i <= sk_idle;</p><p>　　sk_di <= (others => '0');</p>

79、;<p>　　sk_dq <= (others => '0');</p><p>　　chip_I <= '0';</p><p>　　i_sample_cnt <= (others => '0');</p><p>　　sk_tp_I <= "00000

80、00000";</p><p>　　sk_tp_Q <= "0000000000";</p><p>　　elsif clk'event and clk = '1' then</p><p>　　if reload_en = '1' then</p><p>　　sk

81、_st_i <= sk_idle;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　case sk_st_i is</p><p>　　when sk_idle => if msk_en = '1' then</p><p>　　sk_di <= sk_din(1

82、27 downto 64);</p><p>　　sk_st_i <= sk_transmit;</p><p>　　sk_dq <= sk_din(63 downto 0);</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　i_sample_cnt <= (others

83、=> '0');</p><p>　　when sk_transmit => </p><p>　　if sample_en = '1' then</p><p>　　i_sample_cnt <= i_sample_cnt +1;</p><p>　　if i_sample_cnt =

84、"111" then chip_I <= sk_di(63);</p><p>　　sk_di <= sk_di(62 downto 0) & sk_di(63); </p><p>　　chip_Q <= sk_dq(63);</p><p>　　sk_dq <= sk_dq(

85、62 downto 0) & sk_dq(63); </p><p>　　if chip_I = '0' then ---negtive value</p><p>　　sk_tp_I <= "1000000001";</p><p><b>　　else</b></p>

86、<p>　　sk_tp_I <= "0111111111";</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　if chip_Q = '0' then ---negtive value</p><p>　　sk_tp_Q <= "100000

87、0001";</p><p><b>　　else</b></p><p>　　sk_tp_Q <= "0111111111";</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　if msk_en = '0' then&

88、lt;/p><p>　　sk_st_i <= sk_idle;</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　sk_tp_I <= "0000000000";</p><p>

89、　　sk_tp_Q <= "0000000000";</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end case;</b></p><p><b>　　

90、end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　----This process is to generate the 1/2 chip offset between I channel and Q channel</p><p>　　q_sk_sending:process(rst,clk)</p>

91、;<p><b>　　begin</b></p><p>　　if rst = '1' then</p><p>　　q_tp_q1 <= (others => '0');</p><p>　　q_tp_q2 <= (others => '0');</p

92、><p>　　q_tp_q3 <= (others => '0');</p><p>　　q_tp_q4 <= (others => '0');</p><p>　　elsif clk'event and clk= '1' then</p><p>　　if samp

93、le_en = '1' then</p><p>　　q_tp_q1 <= sk_tp_Q(1 downto 0);--**</p><p>　　q_tp_q2 <= q_tp_q1;</p><p>　　q_tp_q3 <= q_tp_q2;</p><p>　　q_tp_q4 <= q_tp_q3;

94、-----*******</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　4.3 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)解調(diào)</p><p>　　1．二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）&l

95、t;/p><p>　　對(duì)于BPSK調(diào)制方式，如果沒有信道引入的多徑損耗，接收的BPSK信號(hào)可表示為：</p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　其中，對(duì)應(yīng)于信道中時(shí)間延遲造成的相移。BPSK使用相關(guān)，或者叫同步的解調(diào)方法，這要求在接收機(jī)端知道載波的相位和頻率信息。如果和BPSK信號(hào)同時(shí)傳輸一個(gè)低幅值的載波導(dǎo)頻信號(hào)，可以用

96、Costas環(huán)或者平放環(huán)從接收到的BPSK信號(hào)中，恢復(fù)同步載波的相位和頻率。</p><p>　　圖4.4 2PSK相干接收示意圖</p><p>　　接收信號(hào)與本地載波相乘后，通過低通濾波器提取出與發(fā)送信息有關(guān)的低頻信號(hào)，并抑制載波和信道相位對(duì)接收信號(hào)相位信息的影響。再根據(jù)低通濾波器后輸出信號(hào)的相位來判斷發(fā)送信息是1或者0，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解調(diào)。</p><p>　　

97、2．四相相移鍵控（QPSK）</p><p>　　就如同QPSK調(diào)制方式可以等效看成是同相和正交兩路分別進(jìn)行BPSK一樣， QPSK的相干解調(diào)可以看成是與BPSK解調(diào)方法原理相同，在抑制掉載波相位和信道相位的影響后，同相與正交兩路分別進(jìn)行與BPSK解調(diào)。</p><p>　　在完成QPSK解調(diào)后，對(duì)解調(diào)信號(hào)的同相和正交解調(diào)碼元進(jìn)行組合從而得到最后的解調(diào)信息。</p><

98、p>　　3．頻移鍵控（FSK）</p><p>　　以2FSK的相干解調(diào)為例，其接收機(jī)由兩個(gè)乘法器，分別與本地信號(hào)相干。輸出的相干值進(jìn)行比較，取值較大的支路對(duì)應(yīng)的本地頻率即為當(dāng)前解調(diào)信號(hào)的調(diào)制頻率，再根據(jù)該頻率對(duì)應(yīng)的碼元信息進(jìn)行解調(diào)。該接收機(jī)的構(gòu)成如下：</p><p>　　圖4.5 2PSK相干接收模型</p><p>　　4．最小頻移鍵控（MSK）<

99、/p><p>　　MSK接收機(jī)接收到的信號(hào)分別與同相和正交載波分量相乘，乘法器的輸出經(jīng)兩個(gè)比特的周期積分后，在每?jī)杀忍亟Y(jié)束時(shí)送入判別器。根據(jù)積分器輸出電平的大小，閥值檢測(cè)器決定信號(hào)是0或1。再根據(jù)輸出數(shù)據(jù)流的先后順序組合得到解調(diào)信號(hào)。</p><p>　　由于MSK信號(hào)調(diào)制指數(shù)較小，采用一般鑒頻器方式進(jìn)行解調(diào)誤碼率性能不太好，在對(duì)誤碼率有較高要求時(shí)大多采用相干解調(diào)方式。</p>

100、<p>　　MSK解調(diào)的DSP程序示例</p><p><b>　　DSP程序簡(jiǎn)介</b></p><p>　　DSP的MSK解調(diào)程序關(guān)鍵代碼如下：</p><p>　　filterlengt = (int)(2*ShapeFilterL*SamplingRate+1);</p><p>　　GenShapef

101、ilter();</p><p>　　for(j=0;j<SamplingRate*lengthbindata+2*ShapeFilterL*SamplingRate+1;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　filterouttemp[j] = ModDataOut[j];</p><

102、p><b>　　}</b></p><p>　　for (i=0;i<lengthbindata;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　temp = 0.0;</p><p>　　for (j=0;j<filterlengt;j++)</p&g

103、t;<p><b>　　{</b></p><p>　　temp = (float)(temp+filterouttemp[i*SamplingRate+j].r*filtercoef[j]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if (temp > 0)</p>

104、<p><b>　　{</b></p><p>　　decodedata[i] = 1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><

105、;p>　　decodedata[i] = 0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　4.4 系統(tǒng)的調(diào)試</b></p><p>　　通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的菜單窗口提示，利用鍵盤選擇菜單內(nèi)容，逐級(jí)進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)操作

106、界面，根據(jù)操作步驟的提示，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)觀察解調(diào)數(shù)據(jù)結(jié)果。</p><p><b>　　具體步驟如下：</b></p><p>　　（1）啟動(dòng)終端計(jì)算機(jī)，打開信號(hào)發(fā)生器軟件；</p><p>　?。?）檢查實(shí)驗(yàn)平臺(tái)左上方和右下方的Power Switch是否處于關(guān)閉（OFF）狀態(tài)；</p><p>　?。?）檢查實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電

107、源線是否連接正確，若連接正確，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)右下方的Power Ready指示燈會(huì)亮起；</p><p>　?。?）將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)左上方的Power Switch置為開啟（ON）狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，觀察實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中部的顯示屏直至進(jìn)入“高級(jí)軟件無線電教學(xué)系統(tǒng)”；</p><p>　　（5）按下“確認(rèn)（回車）”鍵進(jìn)入系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)列表；</p><p>　?。?）選擇“2” 按E

108、nter鍵，進(jìn)入基帶實(shí)驗(yàn)列表；</p><p>　　（7）選擇“3”按Enter鍵，屏幕顯示“進(jìn)入實(shí)驗(yàn)中，請(qǐng)稍候”提示框，直至進(jìn)入無線信道實(shí)驗(yàn)列表；</p><p>　?。?）將信號(hào)發(fā)生器接上電源，并開啟；</p><p>　?。?） 將信號(hào)發(fā)生器的I和Q路端口分別與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)底部的RXI和RXQ連接；</p><p><b>　　無

109、線多徑信道實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　?。?）點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)端信號(hào)發(fā)生器軟件窗口工具欄中的網(wǎng)絡(luò)連接標(biāo)志（網(wǎng)絡(luò)配置請(qǐng)參考《信號(hào)發(fā)生器使用手冊(cè)》），觀察窗口右下端，當(dāng)顯示“Open”時(shí)表示網(wǎng)絡(luò)已連接通，如圖4.6所示；</p><p>　　圖4.6 連接狀態(tài)指示</p><p>　?。?）在信號(hào)發(fā)生器軟件的參數(shù)控制窗口中調(diào)制方式選擇“MSK”，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度選擇“

110、20”字節(jié)，數(shù)據(jù)產(chǎn)生模式選擇“Random Data”，信道選擇“多徑”信道，并輸入信道擴(kuò)展時(shí)延，單位“ns”，發(fā)送時(shí)間間隔輸入“1000”，數(shù)據(jù)包傳輸模式“Auto”，如圖4.7所示；</p><p><b>　　圖4.7 參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　?。?）點(diǎn)擊信號(hào)發(fā)生器軟件的發(fā)送按鈕，在右側(cè)的觀測(cè)欄可以看到數(shù)據(jù)包數(shù)的遞增，表示信號(hào)已在發(fā)送，如圖4.8所示

111、；</p><p>　　圖4.8 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器發(fā)送信息統(tǒng)計(jì)</p><p>　?。?）選擇“3”按Enter鍵進(jìn)入無線多徑信道仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)顯示實(shí)驗(yàn)連接提示，利用“下翻鍵”查看提示內(nèi)容；</p><p>　?。?）提示內(nèi)容最后頁按Enter鍵，屏幕顯示“進(jìn)入實(shí)驗(yàn)中，請(qǐng)稍候”提示框，直至界面出現(xiàn)解調(diào)數(shù)據(jù)顯示框，在該窗口觀察解調(diào)后的數(shù)據(jù)。然后測(cè)試不同調(diào)制方式下信號(hào)

112、接收端的誤碼率。</p><p>　　4.5 不同調(diào)制方式下調(diào)制信息的誤碼率</p><p>　　在多徑信道下，當(dāng)以BPSK方式調(diào)制時(shí)，如圖4.9所示</p><p>　　圖4.9 BPSK調(diào)制方式下的設(shè)置參數(shù)</p><p>　　當(dāng)以DBPSK方式調(diào)制時(shí)，如圖4.10所示</p><p>　　圖4.10 DBPSK

113、調(diào)制方式下的設(shè)置參數(shù)</p><p>　　當(dāng)以FSK方式進(jìn)行調(diào)制時(shí)，如圖4.11所示</p><p>　　圖4.11 FSK調(diào)制方式下設(shè)置參數(shù)</p><p>　　當(dāng)以QPSK方式調(diào)制時(shí)，如圖4.12所示</p><p>　　圖4.12 QPSK調(diào)制方式下設(shè)置參數(shù)</p><p>　　當(dāng)以MSK方式調(diào)制時(shí)，如圖4.13

114、所示</p><p>　　圖4.13 MSK調(diào)制方式下設(shè)置參數(shù)</p><p>　　各調(diào)制方式下的誤碼率如表4.1所示</p><p><b>　　表4.1</b></p><p>　　多徑傳播是指同一個(gè)傳輸信號(hào)沿兩個(gè)或者多個(gè)路徑傳播，形成多個(gè)相同信號(hào)的模版，以微小的時(shí)間差到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)相互干涉所引起的，這些波又成為多

115、徑波。這些多徑波攜帶了相同的信息，但是到達(dá)接收天線的時(shí)間不同、攜帶的信號(hào)能量不同、載波的相位也發(fā)生了變化。雖然提高發(fā)送信息的信噪比可以提高信息接收的可靠性，但是提高發(fā)送信號(hào)功率的同時(shí)也帶來了信號(hào)間的干擾，因而提高信噪比不是提高多徑性能的有效方法。在本課題的研究中，通過軟件無線電平臺(tái)，研究了在多種調(diào)制方式下，信號(hào)接收端的誤碼率的大小來分析多徑性能的好壞，在研究中發(fā)現(xiàn)BPSK與MSK調(diào)制方式下的信號(hào)通過無線多徑信道后信息的誤碼率最低，DBP

116、SK雖然解決了BPSK的相位模糊現(xiàn)象，但是所付出的代價(jià)是誤碼率提高了。QPSK雖然誤碼率提高了，但是它傳輸?shù)乃俾室蚕鄳?yīng)提高了，也就是QPSK是BPSK的基礎(chǔ)上以可靠性換取有效性。FSK的誤碼率處于中等，但是它的頻譜利用率比較低，因此選擇時(shí)要考慮。而MSK是FSK的改進(jìn)，它是一種包絡(luò)恒定、相位連續(xù)、帶寬最小并且嚴(yán)格正交的2FSK信號(hào)，因此它的抗多徑性能良好。由上述數(shù)據(jù)推斷可知，信號(hào)的調(diào)制方式對(duì)抗多徑性能有很大的影響，因此在</p&g

117、t;<p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　經(jīng)過兩個(gè)月對(duì)基于軟件無線電的多徑性能的研究，影響多徑信道的性能的其中一個(gè)重要的因素是發(fā)射信號(hào)的調(diào)制方式。調(diào)制方式的不同對(duì)多徑信道性能的影響不同，即調(diào)制方式越先進(jìn)越適合在多徑信道中傳播，接收機(jī)接收信號(hào)的誤碼率就越低。</p><p>　　在當(dāng)今的通信系統(tǒng)中，信息傳輸?shù)男诺揽梢岳斫鉃橐粋€(gè)多徑的信道，

118、本課題的研究使我們了解到可以通過提高信息的發(fā)射功率來提高通信系統(tǒng)的可靠性，一是可以提高發(fā)送信號(hào)的功率，但是無限制的增加發(fā)射功率也是不可取的，還需通過其他方法來降低誤碼率，本課題得出改進(jìn)發(fā)送信號(hào)的調(diào)制方式可以在不提高信噪比的前提下可以提高無線多徑信道的性能。同時(shí)也可以得出改進(jìn)信號(hào)的編碼方式也可以提高無線多徑信道的性能，這將在今后的學(xué)習(xí)中去研究。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>&l

119、t;/p><p>　　[1] 王翔.無線通信技術(shù)發(fā)展分析[J]. 通信技術(shù).2007,40(06):60-62.</p><p>　　[2] 郭芳華. 軟件無線電技術(shù)綜述[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù),2003,26(21):67-73.</p><p>　　[3] 束禮寶.偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的FPGA實(shí)現(xiàn)與研究[J]．電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào),2003,6(3)：121—124 ．<