技校生學習軟件無線電的系統設計

摘要：該文以軟件無線電思想為指導完成了軟件無線電硬件平臺設計，并在此硬件平臺的基礎實現了調制解調方式。該平臺核心處理器DSP是以TI公司的芯片TMS320VC5509A為核心部分進行信號的處理用于實現數字信號的調制解調，在外圍電路上擴展了USB接口、語音信號處理、ADC、DAC芯片，同時用CPLD來構成邏輯控制模塊，本系統具有強大數字信號處理能力，具有較強的通用性、靈活性。

關鍵詞：軟件無線電 DSP 數據信號處理

中圖分類號：TN919 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（b）-0010-01

企業和社會對技校學生（技工）要求越來越高，掌握無線電設計可以綜合的提升學生綜合知識能力，是學生應該掌握的一項課程，特此為技校生設計學習軟件無線電系統一套。軟件無線電的基本思想是建造一個通用、標準、模塊化的硬件平臺并且使ADC和DAC轉換器盡可能靠近天線（使得系統具有很高的機動性，很好的與其他外圍器件進行溝通），通過軟件編程來實現無線電的各種功能，如：通信協議、工作頻段、調制解調類型等。其核心是把硬件作為無線通信的基本平臺，把盡可能多的通信功能用軟件實現。一般來說，軟件無線電系統應該具有較強的靈活性，通過軟件的更新、加載、增加新功能，都可以輕易的實現。

1.軟件無線電結構

本系統采用射頻直接帶通采樣數字化結構的軟件無線電的就是把射頻全寬帶低通采樣數字化結構的軟件無線電的模數轉換器前，使用了相對較窄帶寬的電調濾波器。然后，根據系統實際需要的帶寬進行采樣。這樣降低了射頻直接帶通采樣數字化結構的軟件無線電對數模轉換器的采樣速率要求，同樣也大幅度降低了對DSP處理信號的速度。但是在實際制系統時，對模數轉換器的采樣頻率要求還是較高的。

2.軟件無線關鍵技術

近年來對軟件無線電技術的掌握有了很大的進步，但其中還有一些關鍵技術尚未得到很好的解決。這些技術包括高速A/D、DSP數字處理、射頻前端、天線技術等問題，可以說這些技術決定著軟件無線電的發展和實現。隨著為電子技術的發展，同時也出現了一些新的發展趨勢。

2.1天線技術

我們通常使用的天線只能接收發射特定的頻段信號——工作在特定頻段，而理想軟件無線電的天線在理論上是能覆蓋全部頻段的。寬帶天線技術是現在技術水平無法達到的，但是，它卻是是最適合解決理想軟件無線電的天線技術的方案。為了軟件無線電技術的實現，可采用多頻天線的方法去實現。它使得天線不必覆蓋所有頻段，利用軟件無線電的可編程特性，只要覆蓋不同頻率的幾個窗口。智能天線在軟件無線電的發展過程中起到了一定的推動作用，智能天線是軟件無線電技術和固定天線技術相結合的產物，同時軟件無線電也為智能天線的實現和發展提供了可行的平臺。

2.2ADC和DAC轉換技術

ADC和DAC轉換裝置在軟件無線電中起著最關鍵的作用，可以說軟件無線電的核心就是它，軟件無線電的軟件化程度就是由它反映出來。其中ADC的性能怎么樣更是制約著軟件無線電整體性能的提高，DSP的處理速度和處理方式直接受它影響。輸入信號頻率范圍可以從是1GHz到5GHz。但是，當前的技術水平是很難達到這些技術要求。單對性能指標要求：為了在信號恢復時減小失真，要求ADC有較高的分辨率和采樣率，一般采樣精度必須在100-120dB范圍內。另外，還要求大的線性動態范圍，一般要求軟件無線電的ADC變換器的動態范圍是16到20位之間，從而減少互調失真，使軟件無線電能夠從強干擾信號中檢測出微弱的有用信號?，F有的ADC還無法滿足軟件無線電的整體性能需求。為了組建系統并使系統達到要求，可以使多個ADC進行并聯的方法。

2.3數據信號處理

軟件無線電的數據處理核心是DSP，它是軟件無線電的核心部件之一，同時也是一個主要瓶頸。其數據處理速度和精度是限制并直接影響軟件無線電的關鍵問題。信號的調制解調和數字語音的編碼，都可以用單個DSP來實現。如果單個DSP處理數據的能力達不到要求時，可采使用多個DSP芯片并行來提高運算處理能力。進入21世紀，DSP在各方面性能都有了質的飛躍，例如TI公司在2001年推出了主頻600 mHz的C64系列。2003年推出的TS201：處理能力為3.6GILOPS，主頻可達到600 mHz，是處理能力很強的浮點DSP之一。TI公司于04年生產的TMS320C6416，其速度能達到1.1GHz，它是目前少數突破1GHZ的DSP之一。

3.硬件搭接

本設計的結構框圖見圖1。它是一個最小化的軟件無線電系統，僅僅實現軟件無線電的最基本的功能，而且為了說明軟件無線電的主體功能和保障論述和閱讀的方便性，在框圖中，把ADC和DAC轉換的品振和電源部分全部省略，為DSP提供能量的電源芯片也省略不提。本圖只把信號的流程和主要功能體現出來。

4.調制解調

軟件無線電中實現各種調制信號的作法跟常規方法是不同的，它是以一個通用的數字信號處理平臺為基礎的。軟件無線電中，其所需的調制解調方式都是通過軟件編程來實現的，不存在像過去的那種普通無線電。如果要實現一種甚至多種的調制解調信號在無線電中同時存在，不但意味著無線電的設計會十分繁瑣，設備的重量會很重而且體積也會超大，非常不利于攜帶。現在的軟件無線電是利用已經編好的程序塊來進行相應頻率信號的調制解調，采用這種方式就可以解決以往普通無線電的升級和增加新功能十分困難的問題。這樣，軟件無線電對比普通無線電就具有更高的利用價值，可以輕易升級，并且降低生產成本，使用周期長在當今的通信領域中，通信信號的種類如過江之鯽。但是，各種各樣的通信信號從理論角度上講都可以通過正交調制的方法來實現。

5.結語

軟件無線電本身雖然涉及相關知識很多，設計和安裝有一定難度。但是，軟件無線電是無線電技術未來發展的方向，一定會大幅度的改善人們的生活。