軟件無線電是一種無線電通信新的體系結(jié)構(gòu),。在1992年5月美國電信系統(tǒng)會議上,，JeoMitola首次提出了軟件無線電概念，之后迅速引起了人們的關(guān)注,，并開始對它進(jìn)行廣泛而深入的研究,。具體地說,，軟件無線電是以可編程的DSP或CPU為中心，將模塊化,、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件單元以總線方式連接起來,，構(gòu)成通用的基本硬件平臺，并通過軟件加載來實(shí)現(xiàn)各種無線通信功能的開放式的體系結(jié)構(gòu),。它使得通信系統(tǒng)擺脫了面向設(shè)計(jì)思想,，被認(rèn)為是無線通信從模擬到數(shù)字、從固定到移動之后的又一次突破,。
在軟件無線電的研究過程中,，調(diào)制解調(diào)技術(shù)是移動通信系統(tǒng)空中接口的重要組成部分。在不同的蜂窩半徑和應(yīng)用環(huán)境下,，移動通信的信道呈現(xiàn)不同的衰落特性,，根據(jù)移動信道的衰落情況，自動地改變調(diào)制方式,，從而提高傳輸效率并保證傳輸性能,。那么，一個通用的信號源是必不可少的,。
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作者設(shè)計(jì)了一個基于DSP+DDS結(jié)構(gòu)的可編程調(diào)制器的硬件平臺,，并在此硬件平臺上實(shí)現(xiàn)了各種模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制的通用軟件算法。當(dāng)改變調(diào)制制式時(shí),，無需再次下載程序,，而且調(diào)制制式、比特速率,、輸出中頻均可調(diào),。
1 硬件結(jié)構(gòu)
通常，信號源輸出的波形多數(shù)是對周期的01序列進(jìn)行調(diào)制,，輸出波形單一,，只能作為解調(diào)輸入信號的一種特例，缺少通用性,。而許多專用芯片采用的調(diào)制方式也是有限的,。用DSP+DDS構(gòu)成的通用多制式信號發(fā)生器不僅可以實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)制，而且可以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字調(diào)制,。DSP利于基帶信號的實(shí)時(shí)處理,，可以實(shí)現(xiàn)高速調(diào)制，而DDS具有頻率分辨率高,、頻率變化速度快,、相位連續(xù)、易于數(shù)字控制等特點(diǎn)。圖1給出多制式信號發(fā)生器硬件原理圖,。
信號發(fā)生器主要由三部分構(gòu)成：控制單元,、數(shù)字信號處理器(DSP)、正交數(shù)字上變頻器（Quadrature Digital Upconverter）,。
DSP采用TI公司的TMS320VC5402,，它獨(dú)特的哈佛結(jié)構(gòu)、硬件密集型方案和靈活的指令系統(tǒng)可以滿足對信號的實(shí)時(shí)處理,，它的高性能,、低功耗及低價(jià)位使其得到廣泛應(yīng)用。
正交數(shù)字上變頻器采用AD公司的AD9857,。AD9807最高工作頻率為200MHz,，輸出中頻頻率范圍為0～80MHz,。AD9807內(nèi)部集成半帶濾波器,、CIC（ascaded Integrator Comb）濾波器、反SINC濾波器,、高速的14位是一個相位連續(xù)的直接數(shù)字頻率合成器DDS(Direct Digital Synthesizer),。在該方案中，AD9857工作在正交調(diào)制模式,。它的32位頻率控制字使輸出頻率的最高精確度為：SYSCLK（系統(tǒng)時(shí)鐘）除以2 32,。
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控制單元決定采用哪一種調(diào)制制式、比特速率及輸出中頻頻率,。
DSP讀入控制單元的數(shù)據(jù),，然后經(jīng)過串口向AD9857發(fā)送控制字。原始信息數(shù)據(jù)（是由DSP產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列）首先在DSP中進(jìn)行編碼,、調(diào)制等處理后得到基帶信號,。基帶處理得到正交信號的I/Q分量交替進(jìn)入AD9857,，經(jīng)過串并變換,，轉(zhuǎn)換成兩路并行的I/Q數(shù)據(jù)，進(jìn)行內(nèi)插和上變頻運(yùn)算,，然后通過D/A變換直接輸出模擬中頻信號,，從而將基帶處理和中頻調(diào)制合二為一。
AD9857對輸入的數(shù)字信號進(jìn)行采樣和內(nèi)插,，降低了DSP的處理負(fù)擔(dān),，使整個系統(tǒng)的性能達(dá)到較好的程度。
2 軟件算法
軟件無線電具有完全的可編程性,。它采用數(shù)字信號處理技術(shù),，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來定主實(shí)現(xiàn)無線電臺的各部分功能，包括對無線波段,、信道調(diào)制,、接入方式、數(shù)據(jù)速率的編程等,。因此通過程序進(jìn)行控制和操作,，是軟件無線電最突出的特點(diǎn)之一。軟件算法的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到電臺軟件的實(shí)現(xiàn),。軟件無線電臺對信號的處理都是實(shí)時(shí)的,，因此對算法的時(shí)間及空間的復(fù)雜性都提出了很高的要求。
為節(jié)省有限的DSP運(yùn)算資源,，軟件無線電軟件算法研究中大量采用查表法來提高處理速度,，通常在調(diào)制過程中使用波形存儲法。編寫軟件算法程序時(shí),，只要某一調(diào)制方式及其對應(yīng)的輸出狀態(tài)數(shù)目是有限的,，就可以借助表法來實(shí)現(xiàn)。查表法避免了大量的中間運(yùn)算,，簡單易行,，唯一的缺點(diǎn)是占用了大量的存儲空間。因此,，需要建立一張通用的表格,，該表格存儲了經(jīng)過量化的14位有符號的二進(jìn)制數(shù)。表格的設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到查表過程簡單,，同時(shí)滿足不同的調(diào)制方式,。用這個表還可以實(shí)現(xiàn)正弦函數(shù)的計(jì)算，只需將當(dāng)前相位移相π/2,。
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除了一張通用的余弦表,，針對不同的調(diào)制方式還需分別建立對應(yīng)的調(diào)制星座圖映射表，按照調(diào)制方式分類組成一個相位表格庫,。對于差分相位調(diào)制,，該表格為差分相位表格。當(dāng)調(diào)制方式確定后,，根據(jù)得到的碼元,，查表計(jì)算當(dāng)前相位Φk。
圖2以（π/4）DQPSK調(diào)制方式為例,，介紹差分相位調(diào)制軟件算法,。數(shù)字存儲區(qū)存儲的是一個周期的余弦函數(shù)波形樣點(diǎn)，設(shè)存儲區(qū)的采樣點(diǎn)數(shù)為N,，表格的移動步長為d,。原始調(diào)制每兩個比特一組,，通過表1中的調(diào)制星座圖映射成差分相位ΔΦk與前一碼無的相位進(jìn)行模2π相加得到當(dāng)前碼元的絕對相位Φk，計(jì)算Φk在余弦表中的偏移地址,，根據(jù)偏移地址調(diào)制信號的數(shù)據(jù),。
設(shè)f(i)=cos(id),其中0≤i
那么，當(dāng)前相位Φk（0≤Φk<2π）的偏移地址為：Φk×N/2π,。
(π/4)DQPSK對應(yīng)的絕對相位Φk的可能取值有：0°,、45、90°,、135°,、180°、225°,、270°,、315°。如果N=144,即d=2.5,，則Φk在余弦表中對應(yīng)的偏移地址為：0°,、18°、36°,、54°,、72°,、90°,、108°、126°,。
表1 調(diào)制星座圖 |
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3 調(diào)制信號波形
采用PCB四層板設(shè)計(jì),，實(shí)現(xiàn)了該信號發(fā)生器的硬件平臺，并在此平臺基礎(chǔ)上完成了以下調(diào)制方式的軟件編程：AM,、DSB,、SSB、FM,、GMSK,、FSK、BPSK,、DBPSK,、QPSK、(π/4)DQPSK,、8PSK,、4-64 Star-QAM。其中數(shù)字調(diào)制方式的碼元速率可達(dá)到1MHz（即對于四相調(diào)制,，比特速率可達(dá)2Mbps,；對于32QAM調(diào)制,，比特速率可達(dá)5Mbps），載波頻率可達(dá)到70MHz,，調(diào)制方式,、比特（或碼元）速率、輸出中頻均可調(diào),。
圖3是用該信號發(fā)生器產(chǎn)生的幾種調(diào)制信號的波形,，其中模擬調(diào)制以AM調(diào)制為例，數(shù)字調(diào)制以DQPSK,、FSK,、16QAM調(diào)制為例。