軟件無線電是一種無線電通信新的體系結構,。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注,，并開始對它進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,、標準化的硬件單元以總線方式連接起來,，構成通用的基本硬件平臺，并通過軟件加載來實現(xiàn)各種無線通信功能的開放式的體系結構,。它使得通信系統(tǒng)擺脫了面向設計思想,，被認為是無線通信從模擬到數字、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,，調制解調技術是移動通信系統(tǒng)空中接口的重要組成部分。在不同的蜂窩半徑和應用環(huán)境下,，移動通信的信道呈現(xiàn)不同的衰落特性,，根據移動信道的衰落情況，自動地改變調制方式,，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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作者設計了一個基于DSP+DDS結構的可編程調制器的硬件平臺,，并在此硬件平臺上實現(xiàn)了各種模擬調制和數字調制的通用軟件算法。當改變調制制式時,，無需再次下載程序,，而且調制制式、比特速率,、輸出中頻均可調,。
1 硬件結構
通常，信號源輸出的波形多數是對周期的01序列進行調制,，輸出波形單一,，只能作為解調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制方式也是有限的,。用DSP+DDS構成的通用多制式信號發(fā)生器不僅可以實現(xiàn)模擬調制，而且可以實現(xiàn)各種數字調制,。DSP利于基帶信號的實時處理,，可以實現(xiàn)高速調制，而DDS具有頻率分辨率高,、頻率變化速度快、相位連續(xù),、易于數字控制等特點,。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成：控制單元,、數字信號處理器(DSP),、正交數字上變頻器（Quadrature Digital Upconverter）,。
DSP采用TI公司的TMS320VC5402，它獨特的哈佛結構,、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時處理,，它的高性能、低功耗及低價位使其得到廣泛應用,。
正交數字上變頻器采用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)的直接數字頻率合成器DDS(Direct Digital Synthesizer),。在該方案中，AD9857工作在正交調制模式,。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)時鐘）除以2 32,。
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控制單元決定采用哪一種調制制式、比特速率及輸出中頻頻率,。
DSP讀入控制單元的數據,，然后經過串口向AD9857發(fā)送控制字。原始信息數據（是由DSP產生的偽隨機序列）首先在DSP中進行編碼,、調制等處理后得到基帶信號,。基帶處理得到正交信號的I/Q分量交替進入AD9857,，經過串并變換,，轉換成兩路并行的I/Q數據，進行內插和上變頻運算,，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制合二為一。
AD9857對輸入的數字信號進行采樣和內插,，降低了DSP的處理負擔,，使整個系統(tǒng)的性能達到較好的程度。
2 軟件算法
軟件無線電具有完全的可編程性,。它采用數字信號處理技術,，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來定主實現(xiàn)無線電臺的各部分功能,，包括對無線波段,、信道調制、接入方式,、數據速率的編程等,。因此通過程序進行控制和操作,，是軟件無線電最突出的特點之一。軟件算法的設計直接關系到電臺軟件的實現(xiàn),。軟件無線電臺對信號的處理都是實時的,，因此對算法的時間及空間的復雜性都提出了很高的要求。
為節(jié)省有限的DSP運算資源,，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,，通常在調制過程中使用波形存儲法。編寫軟件算法程序時,，只要某一調制方式及其對應的輸出狀態(tài)數目是有限的,，就可以借助表法來實現(xiàn)。查表法避免了大量的中間運算,，簡單易行,，唯一的缺點是占用了大量的存儲空間。因此,，需要建立一張通用的表格,，該表格存儲了經過量化的14位有符號的二進制數。表格的設計應達到查表過程簡單,，同時滿足不同的調制方式,。用這個表還可以實現(xiàn)正弦函數的計算，只需將當前相位移相π/2,。
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除了一張通用的余弦表,，針對不同的調制方式還需分別建立對應的調制星座圖映射表，按照調制方式分類組成一個相位表格庫,。對于差分相位調制,，該表格為差分相位表格。當調制方式確定后,，根據得到的碼元,，查表計算當前相位Φk。
圖2以（π/4）DQPSK調制方式為例,，介紹差分相位調制軟件算法,。數字存儲區(qū)存儲的是一個周期的余弦函數波形樣點，設存儲區(qū)的采樣點數為N,，表格的移動步長為d,。原始調制每兩個比特一組，通過表1中的調制星座圖映射成差分相位ΔΦk與前一碼無的相位進行模2π相加得到當前碼元的絕對相位Φk,，計算Φk在余弦表中的偏移地址,，根據偏移地址調制信號的數據。
設f(i)=cos(id),其中0≤i
那么，當前相位Φk（0≤Φk<2π）的偏移地址為：Φk×N/2π,。
(π/4)DQPSK對應的絕對相位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在余弦表中對應的偏移地址為：0°、18°,、36°,、54°、72°,、90°,、108°、126°,。
表1 調制星座圖 |
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3 調制信號波形
采用PCB四層板設計,，實現(xiàn)了該信號發(fā)生器的硬件平臺，并在此平臺基礎上完成了以下調制方式的軟件編程：AM,、DSB,、SSB、FM,、GMSK,、FSK、BPSK,、DBPSK,、QPSK、(π/4)DQPSK,、8PSK,、4-64 Star-QAM。其中數字調制方式的碼元速率可達到1MHz（即對于四相調制,，比特速率可達2Mbps,；對于32QAM調制，比特速率可達5Mbps）,，載波頻率可達到70MHz,，調制方式、比特（或碼元）速率、輸出中頻均可調,。
圖3是用該信號發(fā)生器產生的幾種調制信號的波形,，其中模擬調制以AM調制為例，數字調制以DQPSK,、FSK,、16QAM調制為例。