软件无线电精选(九篇)

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第1篇：软件无线电范文

关键词：软件无线电；数字信号处理；调制解调；数字广播；世界数字广播

软件无线电是随着计算机技术、高速数字处理技术的迅速发展而发展起来的，其基本思想就是将宽带A/D/A变换器尽可能地靠近天线，将电台的各种功能尽量在一个开放性、模块化的平台上由软件来确定和实现。该平台的调制方式、码速率、载波频率、指令数据格式、调制码型等系统工作参数具有完全的可编程性

1 用软件无线电技术实现卫星控制平台

传统的卫星测控平台存在着性能不完善，调制方式、副载波、码速率组态不灵活，体积偏大等问题。研制和开发通用化、综合化、智能化的测控平台，通过注入不同的软件，实现对调制载频、调制方式、传输码速率等参数的改变，应用于各种轨道卫星平台的遥测遥控任务。

软件无线电技术正日益广泛地应用于现代通信的各个领域。随着A/D/A器件与DSP处理器的迅速发展，使得软件无线电技术广泛地应用于陆上移动通信、卫星移动通信与全球定位系统等。

用软件无线电技术实现卫星控制平台包括软件无线电通用平台的DSP技术和DSP实现信号调制和解调。其中软件无线电通用平台的DSP技术又包括 TMS320C6701 DSP芯片，DSP技术在软件平台中的应用，调制器与解调器。DSP实现信号调制和解调又包括信号调制，信号解调。

软件无线电通用测控平台是卫星测控平台发展的方向，可以很好地解决原来平台开发成本高、周期长、通用性差的问题。以新一代DSP芯片TMS320C6000作为软件无线电平台的核心，可以很好地满足需要，且有较大的冗余度，利用升级。

2 用软件无线电技术实现数字调幅广播系统

数字广播是继调幅广播、调频广播之后的第三代广播方式，它的出现标志着广播系统正由模拟向数字体制过渡。目前比较成熟的数字调幅广播（DAB）技术被认为是近期发展的重点，基于软件无线电技术的DRM系统，该系统就可以实现从当前的模拟广播到数字广播的平滑过渡。

从20世纪二十年代开始，商业广播先后在美、苏、英、德、法、中等国开播，在此后的近百年时间，广播作为重要的传媒工具，受到各国的重视。广播无后经历了中波调幅、短波调幅、调频、调频立体声几个阶段。

尽管调幅广播的带宽只有9kHz或10kHz，音质无法与调频立体声相比，但是由于调幅广播发展时间最久，全球标准统一，在任何地方购买的收音机在全球各地都能使用，接收工具简单，而且可以方便地进行室内、外的便携接收与车、船中的移动接收。因此至今它仍然是世界上使用最广泛的广播媒体。

由于调制广播的竞争，音、视频数字化的发展，传媒手段的多样化和九十年代开始的全球数字化浪潮，使许多广播机构认识到，调幅广播必须数字化才能适应竞争日益激烈的传媒环境，纷纷开始了数字调幅广播的试验。

目前，欧洲和北美的一些国家均研制了DRM接收设备，这些接收设备更接近于专业接收设备，主要采用计算机插板方式，绝大多数的解调、解码工作均由基于DSP和计算机CPU的软件完成，它们具有便于软件更新，可以方便适应不同标准和新业务，便于在线测试，可以方便地使用各种分析工具等优点。

我国在数字广播领域与国际完全同步，国内已经有了类似的产品，水平与国外产品没有明显的差距。

DRM系统已基本成熟，即将进入实施阶段。但是，一项新技术能否在全球推广，技术本身的先进性与可行性虽是前提，却远非决定因素，市场条件和消费者的接受程度十分关键。历史上已经有不少成功的经验与失败的教训，DRM也把实施问题看作为严重挑战。为使DRM取得成功，需要处理好三个关键性因素，即广播机构/网络运行者、接收机制造商与听众之间的关系。

为软件无线电技术载体的软件无线电电台是“用软件定义波段、调制方式、信号波形的电台。信号波形由数字信号采样产生，用宽带的数模转换器转换成模拟信号，可能还要由中频上变频到射频。类似地，接收机使用宽带的模数转换器获得该软件无线电电台节点所有波段的信号。接收机用通用处理器上的软件完成信号的提取，下变频和解调。”（约瑟夫・米托拉给软件无线电电台做的定义。）

理想的软件无线电电台应该拥有在全频带工作的能力，具有极大的灵活性，任何功能的改变或增加都可以通过软件升级来完成。由于实际条件的限制，比如宽带前端射频模块的性能不够理想、宽带A/D/A的工作带宽和采样速率有限、DSP的处理能力不足、总线数据受限等，导致在目前的技术条件下无线实现上述理想软件无线电系统。为了使得软件无线电技术可以应用于实践，就在理想软件无线电系统的基础上增加了若干限制条件，使得软件无线电牺牲了一些灵活性，换来了可实现性。

软件无线电技术一经提出就被认为是无线电领域的一场革命，近年来“软件无线电”的思想已经渗透进入了仪器仪表、自动控制、信号处理等诸多领域。我国在这一领域的研究也得取了显著的成果。

将软件无线电技术与数字广播技术结合在一起，对于数字广播技术发展和数字广播设备的推广具有巨大的推动作用。

参考文献

[1].郭彩丽，张天魁，曾志民，等.认知无线电关键技术及应用的研究现状[J].电信科学，2006（8）

[2].王翔.无线通信技术发展分析[J].通信技术.2007

第2篇：软件无线电范文

关键词：软件无线电；信道化；技术研究

无线通信技术经过了长期的发展之后得到了迅猛的发展，如今无论是在军用还是民用技术上，各个频段的系统和模式都得到了改进，为人们提供了多样服务，满足各种需求。对于无线通信的频段和模式的研究也没有停止过，如软件无线电的开放体系结构等，硬件的软件工作平台等，相关研究者对如何使系统功能具备更好的灵活性和适应性进行了论证和研究。

1.软件无线电概述

软件无线电是将硬件作为无线通信的平台，将无线和个人通信功能纳入到平台中，使得不同的信息能够通过不同体制的通信网加以传递，实现信息的互联互通，经过长期的发展，从最初的模拟信号发展到当代的数字信号、移动信号，其展现的优势主要包括，能够实现系统的结构的通用，功能的灵活应用，改进和升级系统得到了保证，不同的通信系统之间可以进行良好的具有复用性的通信。软件无线电将对硬件的依赖转变到独立通信，具有很好的复用性。

软件无线电的关键技术是具有计算密集型等特点的。与数字和模拟信号的转换以及计算速度、运算量等方式相关联，总体目标是建立通用的可编程的硬件平台，在平台中，多种信号波形和传输形式得到了不同的软件模块的互联互通的帮助，对需求进行了最大限度的满足。一个软件接收机可以适应多种信号传输协议和调制波形，能够靠近天线，灵活处理软件。从当前的软件无线电的关键技术的内容来看，主要包括了开放式的总线结构、宽带多频段的天线，高速率的才有那个精度，高速度的信号处理标准，数字变频滤波以及二次采样，系统的数字处理运算等。

2.软件无线电基础理论

对于软件无线电研究的基础思想，是利用天线的射频模拟的信号，进行数字化的天线感应。将计算机的数据流进行信号处理后，得到关于软件的各种功能的可扩展性和环境的适应性。软件无线电要面对的往往是对模拟信号的采样，对软件无线电的基本理论基础要涉及采样定理，包括带通信号。带通信号的采样定理允许在一个频带上进行不同频带的信号的混叠。在需要对中心频率的带通信号进行采样的同时，要先对抗混叠滤波器进行采用。

软件无线电覆盖的频率范围可以采用中频采样的方法进行数字化的覆盖.这种方法是将模拟的中频信号进行数字化，然后在体制的范围内作出超外差的接受，经过改变频率的数字化信号的方法，保证信号中心的频率是固定的。

对于软件无线电中的数字信号的交换理论的研究：实信号的频谱一般具有共轭的对称性。实行的正负分量是对称的，但是相位的分量是缺失的，由正频部分和负频信号形成信号往往不会丢失信息和产生虚假信号，但是正频得到的信号是含有正频能量的，被称为复信号。

真实的窄带信号可以用解析信号来进行表示，解析主要用于数学的分析，得到的结论是要实现阶跃的滤波器是较难的。但是在基带信号的作用下就较为容易，对于模拟方法实现窄带信号的正交交换，缺点在于需要两个正交的本振信号进行虚假信号的制作。

数字混频的正交交换需要先将模拟信号进行数字的形成，然后将两个正交的本振序列加以相乘，得到数字低通的滤波。

3.软件无线电信道化技术的研究

软件无线电接受平台的软件，可以通过编程进行接受，必须先指导信道的信号，然后采用被动性的技术搜索到监视设备，对持续时间短的突发跳频等进行全概率接受。当今的数字化信道技术已经不需要对信号条件进行验证，其具有高信号的保真度和灵敏度，并且可以利用信号处理能力消除脉冲的重叠。

在实际环境中，利用到的雷达信号是十分密集的。多的可以达到数百万个，同一时间内出现如此多的信号，需要很广的频率覆盖范围，因此需要对任务量进行后期的信号处理，并且提高信号处理后的准确度和精确度，因此就要对接受的频率信号进行信道化的处理，采用正交和双通道的数字接收机，加上并行的信道化电路，稀释信号的密度，处理和接受雷达信号。将信号从高频转变到零中频，保证信号的特征信息。

信道化接收机属于电子截获接收机，用户通信信号和雷达信号的街区，截取率高，灵敏度高，能够实现超宽带的动态侦察，还能对多个信号进行截获。

数字信道化是将数字信号均分为多个频带信号进行输入，采用采样数据分解的方法，将多路低速率的数据进行采样，输出对应不同的频带。使用到的设备包括多相滤波器、频谱搬移器等等。

使用数字式信道化的接收机是射频分割信道等放在滤波器内，成为电路易于处理的频带，将信号数字化，编程数据有产生频率信息傅里叶变换。

对于信道化的信道搬迁，使用数字滤波器滤除所有的邻道的干扰后，使用信道化功能，对数字的信道化滤波进行解决。将无限通信中的硬件和高速数据流不匹配的情况，降低射频采用的频率，处理软件无线电的带宽的问题，提高不同信号的适应性和采样率，在相同的工作频率范围内的盲足的数量上进行减少，减少简化的系统设计，对频率高的射频信号进行采样，应取得较低的变频率，避免采样量化的信噪比的产生。

随着采样速率提高，后续信号的处理可能出现速度跟不上的问题，因此采用同步解决条算法可以计算技术吞吐率的数量，解决吞吐率较高的问题。例如采用降速处理的方法，转换数字的变频技术，使用数字下变频技术处理多速率的信号。

4.软件无线电中的信道化技术展望

软件无线电系信道化技术一直是通信领域研究的热点和难点，高效地实现信道化过程是统和宽带数字接收机的关键技术之一，得益于滤波器组等相关技术的发展，包含了在接收带宽内的单个或多个相互独立的子带信号，涉及的内容包括：单通道信道化技术、多通道信道化技术、采样率转换的高效结构等等，基于GoertZel滤波器的改进结构围绕软件无线电中的信道化技术，通过与宽带数字将存在的混频序列的频点位置相对固定的问题加以解决，用于提取号以便于后端的基带处理。未来的发展，对于软件无线电的信道化技术来说，首先是要分析了解现有的宽带数字下变频典型结构，比较分析变频多相滤波结构实现混频，提高实时处理速度，并针对用G0ertzel滤波器程，发现新结构的运算量，其提出了一种先抽取、后滤波的方法，从而可以直接获得精确调谐。由典型结构的器材，其中M为抽取因子，对混频序列的调谐频率进行多相滤波高效结构以及接收盲区的不足的分析，通过与现有高效结构的比较，针对子带信号具有不同带宽和任意位置分布的情况，提出了基于非均匀滤波器组的信道化方法来完成任意分布的、不同带宽的子带信号的信道化接收，通过与并行单通道数字下变频技术的比较，可以发现：该方法具有较低的运算复杂度和硬件复杂度。

结合新结构具有适中的硬件复杂度，利用所设计的几乎完全重构滤波器组，使得重构信号的误差控制在很小的范围。实现了多标准的宽带卫星链路，设计高效的原型滤波器中子带信号的动态接收和盲信道化接收，获取混频序列频点位置的灵活性。

尝试采用FPGA和DsP等器件，将改进的clc滤波器和内插多项式滤波器，并尝试从硬件上实现信道化结多通道接收，用不同的方法来确定所需设计的滤波器组的子信道数目，更好地实现无理数的采样率转换。

针对滤波器存在的不足，提出一种改进的Rs滤波器新结构，在获得好的通阻滞特性的前提下获得具备多模式、多标准的通信能力，结构强调高度的调制滤波器组的信道化方法，简化不同的非均匀滤波器组的设计方法，来完成非均匀分布的、不同带宽的子带信号的信道化接收。

第3篇：软件无线电范文

关键词：软件无线电数字信号处理调制解调TMS320C6701

软件无线电是随着计算机技术、高速数字处理技术的迅速发展而发展起来的，其基本思想就是将宽带A/D/A变换器尽可能地靠近天线，将电台的各种功能尽量在一个开放性、模块化的平台上由软件来确定和实现。该平台的调制方式、码速率、载波频率、指令数据格式、调制码型等系统工作参数具有完全的可编程性。

传统的卫星测控平台存在着性能不完善，调制方式、副载波、码速率组态不灵活，体积偏大等问题。研制和开发通用化、综合化、智能化的测控平台，通过注入不同的软件，实现对调制载频、调制方式、传输码速率等参数的改变，应用于各种轨道卫星平台的遥测遥控任务。数字信号处理器（DSP）是整个软件无线电方案的灵魂和核心所在。通用平台的灵活性、开妻性、通用性等特点主要是通过以数字信号处理器为中心通用硬件平台及DSP软件来实现的。经过比较，我们采用TI公司的TMS320C6000系列DSP芯片和匹配的芯片形成一套实时的DSP系统。

图1TMS320C6701结构框图

1软件无线电通用平台的DSP技术

1.1TMS320C6701DSP芯片介绍

TMS320C6701是TI公司的高性能DSP芯片，具结构框图如图1所示。

TMS320C6701的主要特点为：

*单指令字长为32位，8个指令组成一个指令包，总字长为256位，引脚与TMS320C6201系列的引脚兼容。

*体系结构采用甚长指令字（VLIW）结构；

*硬件支持IEEE标准的单精度和双精度指令集，支持字节寻址获得8位/16位/32位数据，指令集中有位操作指令（包括位域抽取、设置、清除以及位计数、归一化等）；

*1Mb(位)的片内存储空间，其中程序存储空间和数据存储空间各512Kb；

*32b外部存储器接口（EMIF），有52MB的外部存储器寻址能力；

＊四通道自加载DMA协处理器，可用于数据的DMA传输；

*16位宿主机接口（HPI）；

*两个多通道缓冲串口（McBSPs）；

*两个32位通用定时器；

＊灵活的锁相环路（PLL）时钟产生器，可以对输入时钟进行不同的倍频处理；

*芯片内部有IEEE1149.1标准边界扫描仿真器（JTAG），可用于芯片的自检和开发；

*芯片共352脚采用BGA封装，以获得好的高频电气性能，并使芯片尺寸变小；

*采用0.18μm工艺，则五层金属组成，输入输出接口电压为3.3V，核心电压1.8V(167MHz时为1.9V)。

1.2DSP技术在软件平台中的应用

每套测控平台含双机备份的遥控调制器与遥控解调器，双机分别由独立电源供电。系统总体框图如图2所示。调制器与解调器分别通过不同的RS232串口与遥控处理计算机通信，完成对调制解调器的控制及其带数据的收发。

用户在每次任务前通过控制计算机设置调制方式、调制参数及通信连接方式，并调用算法参数生成程序产生调制器和解调器中算法的预置参数，并在设备初始化时以批数据方式从串口送入DSP芯片，经校验后送FlashROM中。为保证程序传送的可靠性，采用IRQ差错控制方式，DSP每接收一个数据包在存储的同时向计算机回传数据信息，计算机一旦发现数据出错即转入重传方式。参数设置成功后，调制解调器根据协议发送和接收遥控指令，并将工作状态回送遥控处理计算机，同时在遥控前端机面板上显示。

1.3调制器与解调器硬件结构与功能描述

硬件系统以DSP为核心，电路主要由下述模块组成：电源模块、系统时钟及模式设置模块、存储器模块、系统监控模块、与控制计算机通信模块、调制输出模块、B码时钟接收模块和显示控制模块。在解调系统中，除解调输入模块、解密接口模块和显示控制模块外，其余模块均与调制系统一致，如图3所示。

调制器加电时，DSP首先通过外部存储器模块完成自加载。自加载完成后，由DSP主程序对状态显示监控模块进行参数初始化设置。在有调制任务时，首先由控制计算机对DSP进行参数设置（如滤波器参数、调制制式、调制副载频、调制码速率等），然后发调制数据给DSP，由DSP的串行通信口接收数据，在DSP内完成副载频调制；调制数据经DSP串口发送给数模块转换进行数模转换，转换的信号过低通可编程滤波器滤波后输出。解调器的工作过程与上类似，在检测到有已调副载波进入A/D通道时，启动解调模块进行解调，将解调的数据送到控制计算机。

2DSP实现信号调制和解调

2.1信号调制

调制器的设计目标是在可编程的硬件平台上，通过注入不同的算法或执行软件，实现不同载波频率、调制方式、传输速率和码型的多制式的通用型调制器。它将以灵活的重构性支持各种通信发射机的不同需求，更有利于各通信设备的互连互连。考虑到数字直接合成技术具有数控灵活、频率分辨率高、频率切换快、相位可连续线性变化、覆盖带宽大、生成的正弦/余弦信号正交性好等特点，我们的设计方案是以DSPs芯片为内核，采用软件DDS技术，实现高精度、高性能的数字调制器。调制器的总体框图如图4所示。

帧分析在设备初始化时完成程序数据的接收、校验和转发（向FlashROM送）。在正常工作时，从帧数据中分离出调制参数及等调制数据，分别送参数寄存器与数据寄存器。

图5BPSK接收总体框图

在数据格式变换中，完成将输入的数据分别转变为调制参数控制字（如相应调制方式下的频率控制字K、相位控制字φ和副度控制字A）和相应格式的被调制数据，经滚降处理后(对于FSK方式可不用滚降处理)对正弦载波进行调制。

2.2信号解调

对于BPSK接收，我们采用相干解调方式，如图5所示。接收信号经带通采样得到原始信号序列后，首先与本地产生的正弦序列相混频，然后经低通滤波除高频分量，得到其带信号样值序列（正弦序列的频率与相位也由此样值序列获得）。再对基带信号样值序列进行最佳判决点时刻波形估计，估计值送往均衡器做均衡处理，均衡结构再做0、1判决得到最终的解调数据。解调的关键点在于本地载波的同步和符号定时误差的提取。

ASK(FSK)信号的解调方法可分为相干解调和非相干解调两类。由于相干解调的抗干扰能力较强，本方案采用相干解调方式。图6为采用相干解调时，接收端的解调总体方案流程框图。

接收信号首先经低通滤波器，滤除带外噪声（此处的低通滤波器由专用器件设计）。然后经A/D变换，得到样值序列，按照工作的不同阶段，分两路分别与本地相应的相干载波进行解调，主要包括混频和低通滤波两过程。解调后的信号经低通滤波器后，恢复出基带信号。基带信号进行位定时和码元判决，得到最终的解调数据。

图6ASK/FSK相干解调总体流程框图

第4篇：软件无线电范文

关键词：软件无线电技术；数字广播电视系统；应用软件

无线电技术最早应用于军事研究。1992年6月，MALTRE公司的Joe.Mitela在美国国防部的远程系统会议中首次创造了软件无线电（Softwareradio，SWR）的概念，并把它排在军事技术研发中优先等级非常高的位置。尽管已经经历了几十年的发展，目前无线通信领域仍然存在着许多问题，例如：新的通信标准及体制层出不穷，研发出来的通信产品生命周期非常短，研发费用很高。多种通信体制的同时存在造成了很多研发上的资源浪费，因而对不同体制间的兼容的要求也越来越强烈。除此之外，随着使用的推广，无线的频带日趋拥挤，这对通信系统的抗干扰能力及频带利用的效率都有了更高的要求。所以，以往把硬件作为核心的无线通信设计理念开始难以适应局势，针对这些难题，软件无线电技术应运而生。软件无线电的核心思想是以创造一个标准的、适用性广泛的、模块化的硬件平台，以软件编程作为实现无线电台功能的主体，改变以硬件为主、功能单一的传统电台设计方法与理念。软件无线电技术的设计手法可以减少功能单一、应激性差的硬件电路，特别减少了模拟的环节，把数字化处理(D/A与A/D变换)尽量贴近天线。软件无线电技术的体系讲究全面的开放性及可编程性，使用者仅仅通过软件的更新就能改变硬件的配置结构，进而实现全新的功能。这是这种优势，软件无线电技术短短几年就在通讯领域得到了广泛推广。

1软件无线电技术介绍

1.1硬件平台

软件无线电技术建立了标准的、适用性广泛的、模块化的硬件平台，这个硬件平台具有很多优良特点，比如可拓展性高、开放性强，是软件无线电技术的物质基础。软件无线电技术的硬件平台通常是由下列几个部分构成的。①数字上下变频器；②模拟前端；③高速数字信号处理器；④宽带模数变换器（A/D）；⑤宽带数模变换器（D/A）。发射的数据源种类异常繁多，既可以是普通数据也可以是被转换的视频语音数据等输出的数据，数据首先要经过信源编码（采用MPEG或FPEG编码），再经过信道的编码，当然也可以在信道的条件下采用联合编码的方式，多路访问也有多种方法，例如，CDMA、DMA等。不同的制式系统下，调制部分有着不同的调制方法，比如FSK、KPSK、QPSK及DQPS等。它们必须互相兼容，调制部分还包括预设定的信息处理，比如：比特同步处理、字节同步处理等。最后数据经过上下变频、D/A变换输送到RF的前端，最后依靠天线发射出去。上述的变换过程存在多路重复占用的情况，数据传输速率理论可达10Mbps。如果再进行调制解码、上下变频，传输速率最高能达到60Msaos（引兆采样次数的秒速率)。数据的接收过程与发射过程刚好相反。软件无线电技术的基础结构通常采用往往采用以VMF(标准虚拟机环境)总线，支持并行线及多处理机。

1.2软件平台

软件无线电技术的软件设计使用以开放系统互联（OSI）参考模型为基础的分层软件结构，支持消费者自主定制的模块化设计，包括基本的算法以及功能模块，下面具体列出：①函数库和DOS的指令；②信号流转换库；③FIR.I滤波与FFJ波变换以及波形合成；④DPSK、AM、FM、FSK、扩频等调制算法库；⑤各种无线电信令规程库PRE-LTP，PCM，CVSD等话音编码算法库；⑥JPEG、MPEG、H261等图像编码；⑦信道纠错编码库开放性的重要评价标准是软件程序是否具有可重用性，是否能兼容于由不同硬件生产商提供的硬件平台；接口是否是具有标准的软件功能模块。对此，国内外提出了很多种实现无线电的软件技术方法，特别是实现软件的即刻使用（PlugxPlay）方面更是突出。对比这些方案，发现其共同特点是结构上的层次化、功能上的模块化。不同之处是具体的划分界限及功能模块之间的接口。

1.3关键技术

现代无线电技术是计算机与通信技术发展相结合的新技术。第一，多波段带宽是软件无线电的核心技术，软件无线电的工作范围是1MHz~4GHz，如果使用以往天线定义的方法，受天线长度的约束，可能会对信号的传输产生干扰。第二，使用模数或者数模技术，使转换装置与天线的间距缩短，将它们转移到射频前端，使高频信号转化为数字信号，这个过程需要的工作频率和数据采样频率的要求非常高。另一方面，多变的工作环境对ADC和模数转换的速度要求更高，动态范围的区间更加大，同时满足数据传输的要求，应注意ADC的采样率是否符合要求。第三，快速的数字信号处理技术及DSP技术同样是软件无线电技术的关键领域，数字信号经过模数转换装置后，接受DSP软件的再次处理，软件无线电技术的关键是数字处理速度及能力。硬件设施和软件程序是影响无线技术最重要的因素，硬件技术限制了实际应用中的软件无线电技术的应用，特别是在模块分化领域，所以应该加大对硬件研发的资金投入，为软件技术的应用提供基础。

2软件无线电技术在数字广播电视系统中的应用

现代数字广播电视的基本原理模拟信号与数字信号之间的相互转化，并且转化过程过渡良好。A/D转换装置通过射频天线获得模拟信号，然后进行处理转换成数字信号，这是软件无线电技术的基本思路。数字电视广播一定程度上担任了无线电技术的载体，利用DAC信号转换成模拟信号再到数字信号。无线技术具有很强的灵活性，可以通过系统升级来适应新的要求。

2.1DRM的发展

随着数字媒体与调频广播的竞争日益激烈，许多科研机构开始进行数字调频无线电技术的实验。由于数字信号和模拟信号非常类似，可以参考无线电技术对模拟装置进行研发。随着无线科学技术的发展，为了提高广播的质量，数字广播要与网络资源有效结合。

2.2无线电技术在DRM中的应用

由于无线宽带带宽窄，而信号的动态范围大，在实际应用中应慎重选择。可以加入宽带变频模块中，加入A/D天线中，将信号从全频段输入到频段，从而实现预定频带信号的功能。

2.3软件无线电技术在DRM发射机中的应用

相对于接收装置来说，发射装置的研制更加复杂，发射装置通常包括3个独立的子系统，调制子系统负责数字调制编码、数字信号处理和相位转换，模拟信号处理子系统是在振幅相位调制符号的应用越来越多，功率放大器和信号传输是否成功传输子系统的关键。

2.4数字电视接收系统中频数字结构是当下数字电视接受

系统中出现频率最高的结构，其基本原理使用多波段天线把数字信号传送到射频部分，然后通过ADC和DAC的变换，再经过相关变频装置的处理，把信号反馈到DSP系统中。基于软件无线技术的数字电视接收系统，首先通过数模转换的处理，使其与信号转换装置相兼容，再经模数转换装置转换，可输出基带信号，然后进行变频处理，使之与信号带宽兼容，同时这种信号还要被HDTV装置识别。实际上，为了提高数据处理速度，在软件无线电技术中经常采用多处理器模块，通过对应软件的升级就可以增加新的功能，而无线电技术均使用软件预处理算法。基于软件无线电的原理，高清晰度数字电视接收机不仅能发出适合各种编码速率的数字信号，但也有更新和升级自己的能力。HDTV接受装置实现了新格式的播放方法，大大降低了软件无线电技术的使用成本。

2.5软件无线电技术中的实际应用

在大数据和4G时代，信道的调制方式对数字广播电视的发展有着非常重要的意义，因此需要开发更先进的无线通信技术。当下消费者需要更好的配置，软件无线电技术正好是符合这种要求的一种资源。依靠这种技术可以实现不同模块的最优配置，这大大改变了传统统一的调制方式。当介质的带宽增加，双向传输变得可能实现，如果发射部分也融合到数字电视，这种软件化的数字电视使消费者不仅可以根据自己的需要进行点播，而且可以上网，进行异地可视通话、信息传输甚至远程协助。这样它就变成了现实意义上的信息化产品。通用的HDTV调制器不仅能处理数字信号，还能处理语音、图片、视频等非数字信号，具有非常广泛的适应性。并且，这种信息化的硬件平台是完全开放的，可以由用户自主定制。

参考文献：

[1]耿惠芳,刘志学.数字广播电视系统中的软件无线电技术[J].电视工程,2009(2).

[2]严振.浅析数字广播电视系统中的软件无线电技术[J].中国新通信,2016(5).

[3]张龙.数字广播电视系统中的软件无线电技术研究[J].黑龙江科技信息,2015(15).

[4]席鹤鹏.关于数字广播电视系统中的软件无线电技术探究[J].电子制作,2015(17).

第5篇：软件无线电范文

【关键词】：无线电技术；数字；广播电视

软件无线电技术是一种新的通信系统体系，它以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程把尽可能多的通信功能用可升级、可替换的软件来实现数字电视尤其是高清晰度电视以其接近理想的视听效果。随着科技高速的发展，软件无线电技术正在改变人类的广播通信的传统形式，在软件无线电技术和数字广播中它的基础方式就是数字信号的处理。数字信号的处理可见占据很重要的地位，它包含了数字的信号处理和数字系统，在这些年以来，数字信号的处理已经取得了飞速的发展，已经能够应对比较复杂的运算，甚至能够运算复杂的模拟信号，另外，使用数字信号处理具有很大的优势，首先我们可以发现它具有很大的灵活性，为了实现不同的用途，达到不同的功能，我们可以很随意很简单的就把一个数字信号系统通过软件进行升级，从而达到我们的目的。新一代数字电视仍会像模拟电视一样存在多种制式并存的现象，利用新技术开发和研究新一代数字电视接收机，以解决数字电视面临的众多技术问题是有意义的。由于网络技术的不断进步，使得芯片技术不断发展，由此，数字信号中的模转换芯片及处理芯片的性能也在不断升级，因而传输数字信号的无线电技术成为了数字广播电视领域中的核心技术之一。 正因此，无线电技术在数字广播电视领域得到了广泛的应用和发展。

一、软件无线电技术硬件平台解析

如今，软件无线电的应用越来越广泛，在蜂窝移动通信系统中软件无线电的应用也是一个发展趋势。如我国的第三代移动通信系统TD―SCDMA中就结合了软件无线电、智能天线、全质量话音压缩编码技术与联合检测技术等新通信技术。软件无线电是一个标准化、开放式的平台，以硬件作为基础，将编写好的指令预先录入，用以操纵硬件进而实现尽可能多的无线通信功能，可以通过改变软件的方式改变软件无线电所具有的功能，并可因此减少硬件模块的数量和复杂程度，所具备的灵活性、集中性、维护性无可比拟。

我国目前的地面数字电视往往对于一些较灵活的业务难以开展，尤其是 MMDS 系统，由于其频率较高，对可移动的业务很难支撑，一部分发射台拥有较高的发射功率，对于低成本大面积的覆盖的实现是比较容易的，但对未来双向通信的实现就比较难了。 通过引入软件无线电技术可以很好地解决这些问题，从而推进无线电系统的不断发展。

数字广播电视是电视系统从模拟信号向数字信号过渡的表现，软件无线电技术是通过将 A/D 变换器靠近射频天线来尽早获取模拟信号，并将其转化为数字信号。 数字广播电视是无线电技术的载体，其数字信号产生后，需要用宽带的数模转换器将其转换为模拟信号。 通常软件无线电技术具有较强的灵活性，可以通过软件无线电技术的升级来实现一些新的技术突破， 例如，DSP 的处理能力不足等，为使软件无线电技术能够很好地与实践相结合，可以在无线电技术基础上限制一些条件来对其进行约束，这样虽然降低了系统的灵活性，但也提高了无线电技术的可实现性。

二、软件无线电的硬件平台的优点

在数字广播的发展历程中，软件无线电技术无疑是给它注入了新鲜的血液与活力，我们可以了解到软件无线电是基于总线连接方式的模块，每一个模块除了具有处理单元和存储单元外，还应具有总线接口单元，所以软件无线电的硬件平台具有一些优点：

（一）灵活性

它具有很高的灵活性，它含有很多的不同的功能模块，正是由于这些不同功能的模块，所以通过它们之间的不同组合就得到了不同的系统，用来完成不同的工作。加入了软件无线电技术以后，可以做到在不改变原有功能的基础上减少系统运行的成本，而且升级方式简单，也更加灵活。

（二）开放性

它具有开放性，软件无线电采用了标准的总线接口方式，在进行组装的时候它不必采用一定厂家的生产，少了很多的束缚，只要是能够符合国家规定的标准即可，这样就大大的缩短了生产的周期，同时也由于这种开放性，也大大的降低了投资的风险性。

（三）稳定性

它在进行功能扩展的时候比较方便，由于各个模版之间联系不是很大，所以它在增加或者减少功能的时候对其他功能产生的影响微乎其微，这也大大提高了稳定性。 在我们的工作中也能减少很多的不必要的麻烦。

三、基于软件的数字电视系统

软件无线电技术是一种新兴的无线电通信方式，其核心理念是以软件编程的模式来对原有系统进行升级换代，十分适合于广电系统的技术发展和市场需求。实践已经证明此种技术与传统的无线电相比具有难以替代的优势，所以可以预见其发展前景十分广阔。

当前，我国比较通行的数字电视主要存在着DVB-S，DVB-C以及DVB-T等制式，而且由于用户的原因，数字电视将在很长的一段时期之内同时兼容各类制式。这些情况也直接体现在我国目前的主流数字电视接收机的厂商中，当前的机顶盒也充分考虑了多种制式的现象，这也能够推进我国数字电视的推广速度，使其覆盖范围扩大，使用户的投入减少。

通过构建的数字电视系统，能够结合不一样的传输制式，来为其加载相对应的软件单元，从而实现终端与传输底层协议的匹配，已经被证实是一种比较可靠的实现方法和解决方案。目前对这种技术进行推广的主要阻力来自于成本问题，由于数字电视最终归属于普通的家电类商品，如果定价偏高则会鲜有人问津。而随着微电子技术突飞猛进的发展，不少产品的成本正在逐步降低，因此给予软件的数字电视产品最终会通过市场来反哺其研发，实现良性的循环。

参考文献

[1] 吴金贵，管云峰. 软件无线电技术在CMMB、地面数字电视及3G技术融合中的应用展望[J]. 广播与电视技术. 2010（06）

[2] 席鹤鹏. 数字广播技术在交通信息服务中的应用初探[J]. 电子技术与软件工程. 2015（14）

第6篇：软件无线电范文

关键词:软件无线电;FPGA;DDC;DUC

中图分类号:TP273文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)05-032-03

Design of General Flat for Novel Software Radio

SU Yongzhi1,GENG Yuling2

(1.Institute of Command and Technology of Equipment,Beijing,101416,China;2.Beijing Aerospace Control Center,Beijing,102206,China)

Abstract:Software radio provides a convenience for realizing a variety of communication standards,its basic idea is to construct a general hardware platform which can achieve the communication function as much as possible by the use of scalable and replaceable software.A general software radio platform is designed which adopts FPGA+DSP structure and uses high quality DDC and DUC chips.In the system,FPGA can realize specific standard data channel,and DSP processor can complete the switch of communication standard.The experiment results demonstrate that the system has good stability,SNR can meet communication requirements,and the output of D/A has a good result.As a product,the system has been successfully applied in the project of electronic countermeasures by some institution.

Keywords:software radio;FPGA;DDC;DUC

0 引 言

软件无线电是具有可重配置硬件平台的无线设备,可以跨多种通信标准,其基本思想是以开放性、可扩展、结构最简的硬件为通用平台,把尽可能多的通信功能用可升级、可替换的软件来实现。因为更低的成本、更大的灵活性和更高的性能,已迅速成为军事、公共安全和商用无线领域的事实标准。软件无线电能够对多种波形进行基带处理和数字中频处理,而数字中频处理能够将数字信号处理的领域从基带扩展到射频。同时,支持基带和中频处理的能力又增加了系统的灵活性,也减小了制造成本。

目前用于数字信号处理的器件有三种:ASIC,FPGA,DSP。ASIC即专用集成电路,它的优点是速度高、体积小以及低功耗,缺点在于可编程能力较弱。FPGA具备现场可编程能力,速度高,适合处理顺序逻辑,功耗较低;缺点在于处理复杂算法时程序设计难度大。DSP也具备可编程能力,其特殊的硬件结构非常适合数字信号处理算法,且程序设计相对于FPGA要容易;缺点在于功耗高,速度较低,也不适合比特流的顺序处理。基于对运算能力和可编程能力的考虑,选择DSP+FPGA结构。FPGA实现大计算量的信号处理数据通道和控制,让系统延迟最小,而DSP处理器则完成基带处理的算法实现,以实现从一种标准切换至另一种标准。DSP处理器能够动态地在软件的主要部分间切换,而FPGA能够根据需要完全重新配置,实现特定标准的数据通道[5]。

本文介绍了一种基于DSP+FPGA 的数字中频处理通用平台,以对软件无线电的设计提供一种灵活的架构,在这个平台之上利用数字上变频器和下变频器以实现软件无线电中频信号的接收与发射功能,利用FPGA 的容量大、可编程实现很多功能,并结合DSP具有高速的信息处理能力的特点,可以灵活方便地对数据进行处理,使得整个平台结构灵活,通用性强,易于扩展。

本平台较其他类似平台的优点在于:

(1) 将DSP,FPGA,A/D,D/A,DUC,DDC集成在┮豢榘蹇ㄉ,集成度高,体积小,功耗小,也减少了数据在多块板卡间传输可能引起的损坏;

(2) DUC和DDC采用硬件电路,避免应用软件实现难度大的困难,降低开发难度,缩短开发周期。

1 数字中频处理通用平台设计方案

数字中频处理平台为6U CPCI结构,主要由A/D转换及DDC模块、D/A+DUC转换模块、DSP信号处理模块、PCI总线接口、FPGA高速数字传输、存储器等几部分组成。总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

第7篇：软件无线电范文

【关键词】 测控应答机 软件无线电 测控通信 自主无线电Application of Software Radio Technology in Aerospace TT&C Transponder

Jin Jun， Sun Chen， Wang Wenwei， Jiang Yong

Abstract： TT&C transponder is core part of spacecraft C&T subsystem and it can finish the tasks of measuring range & velocity of a spacecraft， transmitting telecommand & telemetry information， etc. in cooperation with ground TT&C network. TT&C transponders in different spacecraft C&T subsystems have various operating frequency， operating bandwidth， bit rate， modulation system， coding system and ranging system. Universalization and miniaturization of TT&C transponders can be realized by taking advantage of software reconfiguration， reprogramming and multi-band multi-mode characteristics of software defined radio （SDR） technology. This article introduced application methods and research progress of SDR technology in TT&C transponders. Radiation resistant design of SDR TT&C transponders is also described. Finally the article introduced the application prospect of autonomous radio technology in future deep space TT&C transponders.

Key Words： TT&C transponder， software defined radio， C&T， autonomous radio

一、引言

测控应答机是航天器（卫星、飞船、探测器）测控通信（C&T）分系统的核心组成部分，是航天器与地面站之间进行通信联络的主要通道之一，配合地面测控网完成对航天器的测控（TT&C）任务。测控应答机的主要功能如下：

1、对来自地面站的测距和测速信号进行转发，完成地面对航天器的跟踪及轨道测量；

2、接收来自地面站的遥控信息；

3、将航天器上的各类遥测数据发送至地面站。

各类航天器测控通信分系统所采用的测控应答机，其工作频率、工作带宽、码速率、调制体制、编码体制和测距体制各不相同。就工作频率而言，主要有S波段、C波段、X波段、 Ka波段四种；就调制体制而言，分PM/PM体制、FM/PM体制、扩频体制等；就编码体制而言，有PCM、PPM、ADPCM、PACM等；就测距体制而言，分纯侧音测距、伪码测距和音码混合测距等。由于各类测控通信系统之间体制标准各异，因此相对应的测控应答机设备也无法通用。针对不同的测控通信系统，需要分别研制不同的应答机，或者在同一台应答机上集成不同的功能，这样无疑在成本和时间进度上加重了研制负担，也增加了设备的复杂性。

软件无线电技术是本世纪初发展起来的通信领域的重大技术突破。采用软件无线电技术，利用软件可重配置、可重编程以及多频带多模式的特点，使多个软件模块在同一个硬件平台上实现不同的标准，同一台测控应答机就可以兼容两种甚至多种测控通信体制，实现测控应答机的通用化，从而降低开发成本，缩短研制周期，也更容易保障产品的质量。另外，软件无线电技术还能简化测控应答机的硬件电路，实现小型化。

二、测控应答机的基本工作原理

一种传统测控应答机的原理框图如图21所示。该应答机由锁相接收机和相干发射机两部分组成。锁相接收机包括低噪声放大器（LNA）、混频器（Mixer）、自动增益控制（AGC）、倍频电路、载波跟踪环和相干解调电路等部分。接收机接收的上行射频信号，经过下变频和自动增益控制后输出中频信号。中频信号分为两路，其中一路进入载波跟踪环，另一路进入相干解调电路。

载波跟踪环包括鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）、压控晶振（VCXO）和分频器，用于对上行载波进行锁定、跟踪。载波跟踪环输出的信号分别用作接收本振、发射本振和相干解调器（Demodulator）的基准信号。相干解调器输出信号经滤波后分别为测距信号和遥控BPSK信号。其中测距信号还要送往发射机进行转发。

相干发射机包括倍频电路、调相器（PM）、功率放大器（PA）等。测距信号和遥测DPSK信号相加后直接调相在发射本振上，经功放放大后下行输出。

三、软件无线电应答机的实现方法

3.1软件无线电应答机的射频接收前端

测控应答机的射频接收前端电路包括低噪声放大器、混频器、自动增益控制等部分。软件无线电应答机对射频前端的要求是通用性好。由于软件无线电应答机往往是多信道多模式同时工作，因此射频带宽要足够宽，能覆盖不同的频点或体制。

图2为一种能兼容统一载波纯侧音测距和伪码测距两种测控体制的软件无线电应答机接收前端，可同时接收处理纯侧音测距的PM信号和伪码测距的BPSK信号。该接收机采用了一个I/Q解调器来处理中频信号。当上行信号为PM信号时，由I/Q解调器中的一路（Q路）进行载波提取，后续载波跟踪环的环路滤波器在数字域中实现；而当上行信号为BPSK信号时，I/Q解调器输出I路信号和Q路信号，送入科斯塔斯环中进行载波恢复，其乘法器和环路滤波器均在数字域中实现。对于两种测控体制，该射频接收前端做到了完全通用。数字部分则可通过装载不同的软件来实现不同的功能，充分体现了软件无线电的灵活性。

3.2数字下变频（DDC）技术

数字下变频（DDC）技术也经常用于多模式测控应答机中。数字下变频模块由数字混频器、数控振荡器（NCO）和低通滤波器构成。占有较宽频带的两个或多个射频信号作为一个整体下变频到接近基带的位置，A/D转换后，NCO与数字混频器实现正交下变频，在基带I、Q采用数字低通滤波器来实现不同测控信号的选择。与模拟下变频相比，数字下变频不存在混频器杂散、本振相噪等技术难题，且具有通过软件进行控制修改等优点。

文献[1]介绍了一种既能满足统一S波段（USB）测控要求，又能满足跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）要求的双模应答机。该应答机同时接收宽带扩频信号和窄带调相信号，对两种信号统一以1/fs进行采样。数字下变频之后，采用窄带滤波器提取载波的方式对两种模式进行识别，并对两种信号采用不同的处理算法。

3.3数字调制发射机

传统的PM/PM体制测控应答机，下行调相通常采用射频直接调相法。在软件无线电应答机中，可采用DDS实现中频数字调相。在DDS的相位累加器与相位-幅度ROM之间加上一个相位加法器即可实现PM调相（图3）。通过改变相位字，可使DDS的输出信号产生所需要的相移。DDS调相有更高的温度稳定性和抗干扰能力，但难点在于调制度的控制时序生成[2]。

文献[3]介绍了一种全数字调制的发射机，利用NCO和CORDIC算法（坐标旋转数字计算方法）实现多种码速率、带宽和调制方式的调制信号，占用硬件资源小，可在一块FPGA上实现NRZ/BPSK/PM、SP-L/PM、QPSK三种调制方式的VHDL代码。CORDIC算法可以只利用移位、相加等简单的逻辑操作便可以产生正弦信号，结构灵活简单，还能得到较高的调制精度（图4）。

3.4数字载波跟踪环

测控应答机中的载波锁定、跟踪环路可采用低中频数字采样方案，整个过程在数字域中完成（图5）。中频信号带通采样，经过正交下变频和低通滤波后，在信号处理模块中选出所需要的载波信号频率特征，控制NCO的输出频率，从而完成FFT载波捕获和载波跟踪。采用FFT频率引导方式只需一次引导就可捕获较大频偏并跟踪一定的频率变化率，相比自然牵引方式捕获速度更快，可在较宽的多普勒频偏范围内实现应答机的迅速锁定。信号处理模块还要控制DDS的输出频率，输出相干载波用于后续的转发和调制解调。对于采用了数字载波跟踪环的测控应答机来说，由于多普勒频偏不会引起转发相位误差，因此可以大幅减小测距漂移误差，实现高精度测速测距[4]。

3.5软件无线电应答机的抗辐照设计

软件无线电应答机通常采用现场可编程门阵列（FPGA）作为硬件实现平台。FPGA具有可编程、高集成度、高速和高可靠性等优点。但由于测控应答机工作于太空环境，宇宙射线和高能粒子会对应答机的正常运行产生一定的威胁。基于FPGA等逻辑器件的软件无线电应答机对于单粒子效应尤为敏感[5]，因此针对FPGA的抗辐照设计应十分重视。

具有航天成功应用经历的FPGA主要有两类，一类为一次性编程的反熔丝型FPGA，另一类为可重编程的SRAM型FPGA。相比较而言，SRAM型的FPGA虽然在逻辑门资源、动态重构等方面优势明显，但其对单粒子效应尤其是单粒子翻转（SEU）的敏感使其在宇航领域的应用受限，而反熔丝型的FPGA则对单粒子效应免疫。

为充分利用两种类型FPGA各自的优势，通常采取用反熔丝型FPGA和反熔丝型PROM对SRAM型FPGA进行监控的方法。基带处理过程由SRAM型FPGA负责，但在设备运行过程中，反熔丝型FPGA定时读取SRAM型FPGA中的数据并与反熔丝型PROM中的数据进行比对，若发现存在异常则进行重配置。采用这种方法，就可以兼顾逻辑门资源的充分利用和抗辐照可靠性的实现。

3.6用于深空探测的自主无线电技术

2004年，美国喷气推进实验室（JPL）提出的深空自主无线电（Deep Space Autonomous Radio， DSAR）技术可以认为是未来深空探测应答机中软件无线电技术的一个发展方向。该技术能利用人工智能、现代信号处理等前沿科技，在未知无线电环境下，仅通过观测信号，就能自动识别无线电信号在码速率、协议和调制类型等方面的区别，从而对软件进行重新配置，实现各种无线电数据的接收和处理。自主无线电技术无需从地面获取信号特性，便可自动软件重配从而与不同的探测器进行通信。

另一方面，自主无线电克服了深空测控通信的盲目性，使深空探测器处理突发事件的能力加强，从而适应各种未知的空间环境。比如，深空探测器在某外星球下降和着陆的过程中，将产生非常剧烈而不确定的多普勒变化和通信链路信噪比恶化。

采用了自主无线电技术的测控应答机，能够对来自遥远地球的无线电信号进行参数估计，快速重配链路参数，从而以近乎最佳的方法处理剧烈的多普勒变化和信噪比变化，确保信号收发的有效性和可靠性[6]。

四、结论

测控应答机作为宇航应用设备，工作环境十分恶劣，因此对质量可靠性的要求极为严格。采用软件无线电技术，可以把不同测控通信体制的应答机统一到一个标准化的通用硬件平台，更容易实现质量控制。另外，基于软件无线电的测控应答机在性能参数上受环境温度、工作时长、供电质量等因素影响较小，性能一致性较好，易于实现测控应答机的批量生产。软件无线电技术必将成为未来测控应答机领域的研究热点，在航天测控通信领域引发新的革命，深刻地改变人类探索宇宙的方式。

参 考 文 献

[1]莫乾坤，何晨.星载数字化TDRSS/USB双模应答机设计与试验.无线通信技术，2008，3，55-58

[2] A Technical Tutorial on Digital Signal Synthesis. Analog Device Inc.， 1999

[3]姜建文，张朝杰，金小军，金仲和.基于CORDIC算法的微小卫星发射机设计与实现.传感技术学报，2010，23（1），57-61

[4]L. Simone， D. Gelfusa， S. Cocchi. A Novel Digital Platform for Deep Space Transponders. IEEE Aerospace Conference Proceedings， 2004， 1432-1445

第8篇：软件无线电范文

【关键词】MQAM;调制识别;波特率;频偏;相偏;高阶累计量

Abstract：This paper proposes a modulation recognition algorithm for QAM signals，which can be used in software defined radio.In the proposed scheme，frequency and phase offset are estimated and recovered first，and then baud rate and timing error are estimated.After low-pass filtering，sampling rate alteration and baud rate sampling，constellation was recovered.Cumulants of the samples of the real part of the constellation are calculated and used to classify the modulation schemes.Experimental work shows that the recognition can get to 96% when SNR is larger than 12 dB and the number of symbols is 1000.

Key word：MQAM;modulation recognition;baud rate;frequency offset;phase offset;cumulants

1.引言

当前，MQAM的调制识别是通信信号分析的热点和难点。文献[1][2]采用了似然函数的方法进行MQAM信号的识别，但需要知道波特率等先验知识，且没有考虑发送端成型滤波器的影响，不适用于非协作通信的场合。文献[3][4]提出了利用高阶累计量进行识别的方法，但需要预先达到同步，且对MQAM需要计算多个高阶累积量，复杂度较高。

本文结合软件无线电的实际应用平台，对MQAM信号（包括4QAM、16QAM、32QAM、64QAM）的识别进行了研究。本文所用算法不需要预先知道接收信号的载波频偏、相偏，波特率和定时误差等先验知识，而是从接收信号中估计出这些参数，并且根据这些参数，通过对采样数据进行低通滤波、采样率变换、定时抽取等步骤，恢复出信号的星座图。对星座图实部信息的模值计算高阶累积量，根据高阶累计量进行识别。本文所用方法在估计频偏的同时估计相偏;估计波特率的同时，估计出定时相位误差，大大简化了预处理过程。利用星座图实部信息的高阶累计量进行识别，与[3]相比，所用高阶累计量数目减少，不存在复数运算，减小了计算复杂度。

2.信号模型

对于软件无线电中实际接收到的MQAM信号，其复基带等效模型可以写成：

（1）

其中，ak为发送端传送的符号，Tb为符号间隔，ε（t）为归一化时间偏差，-0.5≤ ε（t）<0.5，f为残留载波频偏，θ0为载波初始相位，gT（t）为成型滤波器的冲击响应n（t）是均值为0，方差为σ2的窄带复高斯白噪声。

在实际的软件无线电系统中一般进行的是正交采样，所以得到的采样后的信号为：

（2）

其中，Ts为采样频率。由于发送端Tb未知，Ts一般不为Tb的整数倍。

3.调制识别算法

由于软件无线电中一般采用前向开环结构，因此，我们设计了如图1所示的识别算法：

图1 识别算法框图

首先，对接收到的信号r（t）进行正交采样得到采样信号r（n），对r（n）进行频偏和相偏估计，消除载波影响，得到无频偏无相偏的信号，实现载波同步;估计信号带宽，并进行低通滤波，以减小噪声引起的相位抖动;对滤波后的信号，估计波特率，通过采样率变换，将采样频率变为波特率的整数倍;估计定时误差，在最佳采样位置进行定时取样rk。通过取样信号，得到较为理想的星座图;将星座点向实轴进行映射，对实部信息计算高阶统计量作为特征，进行识别判决。

3.1 载波频偏估计和相偏估计

首先，我们利用非线性变换的方法实现载波频偏和相偏的估计。采样后的信号r（n）可以简化表示为：

（3）

其中，ρ（n）为信号的包络，ω1=2πfTs。

x（n）做4次方非线性运算后的频谱中有4倍载频分量的谱线，于是，对接收信号序列作4次方变换得到{y（n）}：

（4）

其中，C为常数，u（n）=y（n）-E{y（n）}。

对{y（n）}作快速傅立叶变换（FFT），得到其频谱，则在y（n）的频谱中包含频率为4ω1的谱线：

（5）

若此时4ω1处对应的频率值为f0，则得到f的粗略估计：。

得到的f为一粗略估计值，为了提高估计精度，可以采用线性调频z变换（CZT）得到进行进一步的精细估计，使其符合后续识别和解调的要求。设定一个阈值>0，且<<1，在附近确定出频率范围，重新对{y（n）}作CZT，可以得到载频的精确估计值。

此时，取频谱中归一化幅度最大点对应的频率值f0的相角θ，对θ在[0，2π]范围内取模，得到θ0的估计：

（6）

由式（5）、式（6），通过FFT和CZT进行计算，我们可以得到频偏和相偏的准确估计值。估计出频偏和相偏后，就可以对信号进行频偏和相偏补偿，得到载波同步的信号。频偏的存在会引起星座图的旋转，相偏的存在会使星座图发生偏移。因此为了后续的识别和解调，必须对频偏和相偏进行估计。

3.2 波特率估计

信号包络的平方谱中含有大小为波特率的谱线分量，故可以用与估计频偏类似的方法来估计信号的波特率F。

首先，对接收信号序列{r（n）}的幅值{|r（n）|}做平方变换得到{A（n）}（不考虑噪声时），然后，对{A（n）}作FFT，得到其频谱：

（7）

搜索频谱Af（f）中归一化幅度最大值对应的频率值，得到F的粗略估计，接着在附近频率范围内对A（n）作CZT，就可以得到波特率的精确估计值。

3.3 信号带宽估计

计算频谱估计带宽的可以利用下面的方法实现[5]：首先，对接收信号序列{r（n）}做FFT得到频谱序列{R（n）}，然后对{|R（n）|}进行中值滤波;设定一个阈值Thbw，以{|R（n）|}中大于Thbw的带宽作为信号的估计带宽。由于设定的频率范围不要求非常精确，得到的带宽已经可以满足低通滤波的要求。

3.4 采样率变换

进行多采样率变换时，首先对信号进行内插，然后再进行抽取，来实现对采样率的分数倍变换。这样，就不需要去改变采样频率设置的物理结构，适合于在软件无线电中的实现。

（8）

采样率变换后的信号表示如式（8）所示，rs（n）即为采样率变换后得到的信号。

3.5 定时估计

对信号进行采样率变换后，每个符号内有整数个采样点。如果估计出定时误差，就可以对信号在最佳位置进行定时取样，从而恢复出信号的星座图进行识别。利用相位就可以得到定时误差进而可以实现定时取样。

3.6 高阶累计量特征提取与分类

定时取样后，就可以恢复出信号的星座图。并且由于进行了频偏和相偏校正，得到的星座图是关于坐标轴对称的。将星座点向坐标轴的实轴进行映射，可以得到星座图的实部信息rp（k），经过映射后，星座点将集中在实轴上，16QAM的星座点信息有原来的16个变为映射后的4个，从而更有利于聚类识别。本文采用对实部信息rp（k）计算高阶累积量的方法进行识别，可以使用更少的累计量，减小计算复杂度，提高识别速度。与盲聚类方法相比，利用高阶累积量进行识别可以大大降低计算复杂度，提高识别速度。

4.仿真实验

这部分给出MQAM信号识别的计算机仿真结果。仿真中所使用的信噪比的变化范围为0-20dB，归一化波特率为1.0，归一化载波频偏分别为0.01，成型滤波器的滚降系数分别为0.4，0.7，1.0。设置的判决门限值分别为300，120，102.每一种信号在每一个调制参数（包括载波频偏、滚降系数、信噪比）下均仿真100次。使用1000个符号进行仿真。

实验结果证明，当SNR>12dB时，所有信号的识别率都已经超过了96%。在SNR>2dB时，4QAM、16QAM和32QAM的识别率已经达到98%。

5.总结

本文提出了一种MQAM信号的识别算法。在已知是MQAM信号的条件下，不需要预先知道信号的波特率、载波频率等，而是接收信号中估计出这些参数。在估计波特率的同时估计定时误差，估计频偏的同时估计相偏，大大减少了预处理的计算复杂度。然后对接收数据进行采样率变换、码元定时得到最佳采样序列，恢复出星座图。将星座点向坐标轴进行映射，对映射点实部信息计算高阶统计量，进行识别。同时，因为去除了频偏和相偏的影响，使后续可能进行的解调更容易实现。仿真表明，当信噪比大于12dB时，所有信号的识别率可以达到96%，可以应用于实际的软件无线电系统。

参考文献

[1]LONG C.UNG K.YDOROS A.Futher results in likelihood classification of QAM signals[A].Proc Milcom’94[C].1994.57-61.

[2]YANG Y.LIU C.SONG T.A log-likelihood function-based algorithm for QAM signal classification[J].Signal Processing.1998.70（1）：61-71.

[3]SWAMI A，SADLER B M.Hierarchical digical modulation classification using cumulants[J].IEEE Transaction on Communications.2000，48（3），416-429.

第9篇：软件无线电范文

关键词:软件无线电; 信号源; 成形滤波; 数字上变频

中图分类号:TN927文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)17-0027-03

Implementation of Simulation Source for Satellite Communication Based on SR

WU Bing, WANG Zhong-hua, GU He-fang

(East China Research Institute of Electronic Engineering, Hefei 230088, China)

Abstract: A simulation source based on software radio for satellite communication is introduced. The implementation method and design notes of the hardware system based on FPGA and high-speed D/A converter are put forward. The basic principle and function of the modules of the software system are depicted. The realization based on software radio theory and the EVM testing results of the output signal of the simulation source are presented. The structure of the system is very simple, and the modulation mode and data protocols can be switched over arbitrarily, so it has the general universality and strong expansibility.

Keywords: software radio(SR); signal source; shaping filtering; digital upper converter

0 引 言

通信中普遍采用基带信号对载波波形的某些参量(如振幅、频率以及相位等)进行调制,以满足系统发射和接收的需要。随着现代电子技术的飞速发展,器件工艺越来越先进,器件功能越来越强,实现信号调制的方法也越来越多,实现信号调制的稳定度和可靠性都在不断提高。尤其在卫星通信系统中,信号调制的应用越来越广泛,要求也不断提高。采用现代数字信号处理技术实现的调制方法,各种信号的产生依靠软件操作来确定,同一信号经过数字化后可由不同的软件模块来实现各种调制功能。这使得硬件电路结构变得更加简单,操作更加方便,稳定度更高,可靠性更强。而且结合相应的数字信号处理软件及控制软件可以加载新的调制方式,形成一个通用的数字调制器,能够方便灵活地进行通信调制方式的扩展。

软件无线电是一种基于宽带模数/数模转换器件、高速数字信号处理芯片,以软件为核心(Software-Oriented)的崭新的体系结构[1-2]。软件无线电技术的发展为卫星通信系统提供了良好的发展基础。由于FPGA具有高度的灵活性和重配置性,其在基于软件无线电的通信系统中应用越来越广泛。该设计是基于软件无线电,采用FPGA实现全数字调制的通用卫星信号源模块,数据协议及调制方式任意可变,可以灵活地应用于各种卫星通信系统中。

1 硬件系统设计

软件无线电技术要求靠近天线的地方尽可能使用宽带的数模/数模转换器,尽早地完成信号的数字化,从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。但是由于受宽带天线、高速A/D,D/A及DSP 等技术水平的限制,实现一个理想的软件无线电平台的条件目前还不具备。因此,现在对软件无线电的研究一方面集中在上述关键技术的研究上,另一方面更多地是在现有的技术条件下,研究如何最大程度地实现软件无线电所要求的通用性和灵活性,将软件化、通用化的设计思想体现到具体的应用实践中。虽然目前基于软件无线电的直接射频收发系统的实现还有些难度,但基于中频数字信号处理的中频收发技术已相当成熟。本卫星通信模拟源就是采用基于软件无线电的中频发送技术,以高速DAC和高端FPGA为硬件载体,给出了模拟中频信号的输出。系统结构框图如图1所示(完整的发送系统还需要混频器、放大器及天线等,这不在本文的讨论范畴内),FPGA对数据进行编码调制后再送给DAC,以产生中频输出。

图1 基于软件无线电的卫星通信模拟源

中频系统的硬件构架

卫星通信模拟数据源既可由FPGA内部产生,也可以由外部送入。为了保证硬件平台的通用性,本卫星通信模拟源系统的外部接口有TTL,422及LVDS等类型,用以满足各种不同的接口需要。FPGA是整个系统的核心器件,为了保证处理速度和逻辑单元的容量,采用Altera公司Stratix Ⅱ系列FPGA――EP2S90F1020。EP2S90F1020拥有72 768个寄存器和72 768个算术查找表单元,另有4 Mb存储器单元和384个9 b乘法器,其工作速度快,资源非常丰富,可以在内部进行绝大部分的数字中频处理运算。

为了保证中频输出信号的质量,DAC的采样时钟最好大于等于载波频率的4倍。如载波中频为70 MHz,则DAC的采样时钟应为280 MHz或更高。再考虑系统的可编程性和升级性,采用了Analog Devices公司的超高速DAC――AD9736。AD9736的数据精度为14 b,采样率高达1 200 MSPS,采用DDR方式LVDS数据接收器,电流型输出,内置同步控制电路,适合应用在宽带通信系统中[3]。

由于硬件系统的工作频率很高,需要采用高速电路设计方法,需要注意以下几点:

信号完整性 需要对板级系统进行信号完整性仿真,注意阻抗匹配,减小关键信号线之间的串扰,控制数据总线之间的延时;

电源完整性 需要对板级系统进行电源完整性仿真,增加线和过孔上所能通过最大电流的裕量,通过在合适的位置加去耦电容,以降低电源和地平面上的交流阻抗[4];

电磁兼容 由于硬件属于模/数混合电路,在布线时需要注意模拟部分和数字部分的隔离,采用独立的模拟电源和数字电源以及模拟地和数字地,特别要注意降低数字部分对模拟部分的干扰;

功耗问题 随着系统工作频率的提高,系统的功耗也随之增加,需要对关键器件进行散热处理。