軟件無線電發射機的實現與仿真

葉立芳++黃滔

摘 要：軟件無線電的基本理念主要是將數字化處理單元盡量靠近于天線，并且該系統的每個功能在一個模塊化的硬件通用平臺中盡量由軟件來定義。它是以當今通信理論作為基礎，以微電子技術作為支撐，以處理數字信號作為核心的無線通信體系結構。

本文中筆者首先淺析了軟件無線電的概念，然后對軟件無線電發射機的基本理論進行了討論，在該基礎上對多相濾波器的信道化發射機系統仿真進行了深入研究，并驗證了其正確性與可行性。

關鍵詞：軟件；無線電發射機；仿真

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A

一、概述

無線通信經歷數十載的雄勃發展，雖然取得了卓越的成就，但是通信設備的互通性依然相對較差，通信的深化發展將受到一定的制約。自從九二年來，已對軟件無線電的概念有所明確提出，作為未來通信發展方向的軟件無線電，已受到全人類的普遍關注，其發展相當的迅猛。軟件無線電的主要理念是創建一個開放的通用硬件平臺，而且具有模塊化與標準化，而每種功能的實現均由軟件來完成，如此必然需將寬帶A/D與D/A轉換器盡可能靠近天線，那么A/D轉換器則須具有較高的采樣速率與充足的工作帶寬，但是將會造成數倍成本增加，所以在研發過程中只對中頻進行數字化。該設計采用成本低廉的TMS320VC5509及HSP50415核心芯片，且功耗低，其應用相對廣泛，能對各種正交AM、PM進行調制，是實現中頻發射機商業化的有效途徑。

二、軟件無線電的概念

軟件無線電顧名思義就是無線電收發信機以軟件加以控制，它的整個工作處理過程與工作參數不像無線電臺由硬件來主宰，而是由軟件進行定義及控制。從某種意義上而言，軟件無線電就是把數字信號處理技術運用到天線端的RF （射頻）信號處理，也就是把寬帶A/D與D/A轉換器盡量靠近天線端得到使用，同時其各種功能與工作參數都能經由軟件進行定義。它不僅操作方便靈活，且可對工作環境的變化與技術的發展作出更加快捷的響應。

三、軟件無線電發射機系統的實現

1 設計方案

發信機系統框圖如圖1所示。設計方向是把終端傳送的數據交給VC5509處理，加幀頭、同步頭等，然后發送HSP50415里，通過混頻、插值到中頻，再輸出十二位模擬信號，經由專門的發信機最終發出去。用于完成信號的插值、調制功能是HSP50415芯片，而用于完成處理數字信號及控制功能的是VC5509芯片。

2 系統的工作原理

該系統設計采取矢量調制方式，由終端發出數據之后，通過串口發送到DSP進行接收。讀取DSP后分I、Q兩路交替，再送至HSP50415。HSP50415對數據串接收變換之后，分成I、Q兩路并行，然后經由星座映射，整形濾波與內插之后，再把I、Q兩路的數字基帶信號移至中頻里，其公式是：

Outpylt=Ik cos（ωot）±Qksin（ωot）

按調制理論可知，當k為基帶輸入信號，Q1為0時，即Output=S（t）cos（ωot），Ik=S（t），這時Output即為DSP調制信號。當Qk是Ik的希爾伯特變換時，Output則獲得SSB調制信號，“+”，“-”分別對應USB與LSB信號。之后，經X/sin（X）補償濾波，12位的數模轉換后送入發信機，最后輸出。

3 本設計方案的實現

3.1 硬件電路圖。上述已對發信機的方案設計與原理作了簡述，而如下對該設計的硬件電路及其軟件流程進行重點說明。下面圖2所示為DSP和HSP50415的接口電路，采用2個片選，用于分別對HSP50415與向上變頻芯片輸送相關數據。經由微處理器接口選通CE2進行對HSP50415初始化。當完成初始化之后選通CE0，DSP每收到中斷信號一個即執行中斷程序，AWE與CE0相或得出HSP50415的數據時鐘，上變頻芯片會在DATACLK的上升沿采樣數據，然后經由程序對XF引腳拉低或拉高進行控制采樣的是I路或是Q路，其中斷信號由2*SYMCLK引腳生成。

3.2 軟件流程。圖3所示為發送數據流程圖。在全部調試過程里，信號處理與軟件控制中VC5509的發揮作用十分重要。對VC5509初始化，包括時鐘模式寄存器CLKMD的設置，外部存儲器接口EMIF，外部總線選取寄存器EBSEL等，然后中斷向量表宜創建一個子文件加以存儲。

對初始化的HSP50415即是進行對片內寄存器賦值，而片內有控制寄存器18個，能夠按照需求寫入。需要提醒的是整形濾波器的系數先由sire415.exe產生，72位的I、Q兩路RAM，微處理器端口可一次性接收八位數據，需按資料的要求寫入九次。

按上述方案可知，本設計出無線電發射機2FSK的調制方式時，數據傳輸率是0.8Mbps，QPSK的調制方式時，卻為1.5Mbps的數據傳輸率。因本系統采取軟件化的設計，所以能夠按照用戶的使用需求進行配置，而勿用對硬件加以更改，不但有利于升級換代系統，而且為用戶降低了成本。

四、軟件無線電發射機仿真系統

以下將創建一個發射機仿真系統，是在多相濾波器的實信號信道化的基礎上進行創建，同時采取Matlab軟件實行仿真，以便驗證它的可行性。

1 多相濾波器的信道化發射機系統仿真

在對該仿真系統設計中，在劃分信道數、信道頻率與內插倍數中，它們之間有著密切的關聯，所以應當綜合考慮，同時采取快速傅立葉變換進行處理信號，使系統的工作效率不斷得到提高，而仿真卻采取Matlab軟件中M文件進行實現。

2 仿真系統的結構

基于多相濾波器的8信道化發射機仿真結構。主要基本參數有：

信道數：8

調制模式：AM

3 仿真系統的參數說明

3.1 信道數。信道化發射機重點應用于進行對某帶寬內的全部信道發射的場合，故其信道數應當很大，但對計算機的運算能力有所考慮，信道數勿可設置偏大，且增加仿真系統中信道數量只會使計算負擔得到增加，對驗證系統的可行性作用不大。因信道化濾波器的首步運算為FFT2變換，故信道數是2的整數次冪為最好，如此能使工作效率得到提高，基于對上面的考慮，信道數可以設置為8。

3.2 波形調制。語音信號雖然它形象直觀，但其時域波形與頻譜均雜亂，反映數字信道的問題模糊不清，因此不進行選擇語音信號。在信道衰減中AM調制表現較為敏感，本擇取部分常見波形當作調制波形，這樣能夠易于對發射機的性能進行判斷。

4 實驗結果和分析

整個仿真程序主要如下：

I=8，=25kHz時的8個調幅（AM）信號的信道化發射機仿真結果如圖4所示。

通過實驗結果驗證了其正確性與可行性。

本章對系統仿真的總體設計進行了討論，主要達成了利用Matlab完成8信道信道化發射機系統仿真，該系統仿真可達到預期的效果。

結語

軟件無線電已成為一個重要的研究方向，它是以開放體系結構作為基礎，應用軟件工程技術于硬件的平臺上，具有很好的適應性與靈活性，它漸已成為現代無線通信的一項關鍵技術，其引領著無線通信領域向著更先進的方向發展。

參考文獻

[1]楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2001.endprint

摘 要：軟件無線電的基本理念主要是將數字化處理單元盡量靠近于天線，并且該系統的每個功能在一個模塊化的硬件通用平臺中盡量由軟件來定義。它是以當今通信理論作為基礎，以微電子技術作為支撐，以處理數字信號作為核心的無線通信體系結構。

本文中筆者首先淺析了軟件無線電的概念，然后對軟件無線電發射機的基本理論進行了討論，在該基礎上對多相濾波器的信道化發射機系統仿真進行了深入研究，并驗證了其正確性與可行性。

關鍵詞：軟件；無線電發射機；仿真

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A

一、概述

無線通信經歷數十載的雄勃發展，雖然取得了卓越的成就，但是通信設備的互通性依然相對較差，通信的深化發展將受到一定的制約。自從九二年來，已對軟件無線電的概念有所明確提出，作為未來通信發展方向的軟件無線電，已受到全人類的普遍關注，其發展相當的迅猛。軟件無線電的主要理念是創建一個開放的通用硬件平臺，而且具有模塊化與標準化，而每種功能的實現均由軟件來完成，如此必然需將寬帶A/D與D/A轉換器盡可能靠近天線，那么A/D轉換器則須具有較高的采樣速率與充足的工作帶寬，但是將會造成數倍成本增加，所以在研發過程中只對中頻進行數字化。該設計采用成本低廉的TMS320VC5509及HSP50415核心芯片，且功耗低，其應用相對廣泛，能對各種正交AM、PM進行調制，是實現中頻發射機商業化的有效途徑。

二、軟件無線電的概念

軟件無線電顧名思義就是無線電收發信機以軟件加以控制，它的整個工作處理過程與工作參數不像無線電臺由硬件來主宰，而是由軟件進行定義及控制。從某種意義上而言，軟件無線電就是把數字信號處理技術運用到天線端的RF （射頻）信號處理，也就是把寬帶A/D與D/A轉換器盡量靠近天線端得到使用，同時其各種功能與工作參數都能經由軟件進行定義。它不僅操作方便靈活，且可對工作環境的變化與技術的發展作出更加快捷的響應。

三、軟件無線電發射機系統的實現

1 設計方案

發信機系統框圖如圖1所示。設計方向是把終端傳送的數據交給VC5509處理，加幀頭、同步頭等，然后發送HSP50415里，通過混頻、插值到中頻，再輸出十二位模擬信號，經由專門的發信機最終發出去。用于完成信號的插值、調制功能是HSP50415芯片，而用于完成處理數字信號及控制功能的是VC5509芯片。

2 系統的工作原理

該系統設計采取矢量調制方式，由終端發出數據之后，通過串口發送到DSP進行接收。讀取DSP后分I、Q兩路交替，再送至HSP50415。HSP50415對數據串接收變換之后，分成I、Q兩路并行，然后經由星座映射，整形濾波與內插之后，再把I、Q兩路的數字基帶信號移至中頻里，其公式是：

Outpylt=Ik cos（ωot）±Qksin（ωot）

按調制理論可知，當k為基帶輸入信號，Q1為0時，即Output=S（t）cos（ωot），Ik=S（t），這時Output即為DSP調制信號。當Qk是Ik的希爾伯特變換時，Output則獲得SSB調制信號，“+”，“-”分別對應USB與LSB信號。之后，經X/sin（X）補償濾波，12位的數模轉換后送入發信機，最后輸出。

3 本設計方案的實現

3.1 硬件電路圖。上述已對發信機的方案設計與原理作了簡述，而如下對該設計的硬件電路及其軟件流程進行重點說明。下面圖2所示為DSP和HSP50415的接口電路，采用2個片選，用于分別對HSP50415與向上變頻芯片輸送相關數據。經由微處理器接口選通CE2進行對HSP50415初始化。當完成初始化之后選通CE0，DSP每收到中斷信號一個即執行中斷程序，AWE與CE0相或得出HSP50415的數據時鐘，上變頻芯片會在DATACLK的上升沿采樣數據，然后經由程序對XF引腳拉低或拉高進行控制采樣的是I路或是Q路，其中斷信號由2*SYMCLK引腳生成。

3.2 軟件流程。圖3所示為發送數據流程圖。在全部調試過程里，信號處理與軟件控制中VC5509的發揮作用十分重要。對VC5509初始化，包括時鐘模式寄存器CLKMD的設置，外部存儲器接口EMIF，外部總線選取寄存器EBSEL等，然后中斷向量表宜創建一個子文件加以存儲。

對初始化的HSP50415即是進行對片內寄存器賦值，而片內有控制寄存器18個，能夠按照需求寫入。需要提醒的是整形濾波器的系數先由sire415.exe產生，72位的I、Q兩路RAM，微處理器端口可一次性接收八位數據，需按資料的要求寫入九次。

按上述方案可知，本設計出無線電發射機2FSK的調制方式時，數據傳輸率是0.8Mbps，QPSK的調制方式時，卻為1.5Mbps的數據傳輸率。因本系統采取軟件化的設計，所以能夠按照用戶的使用需求進行配置，而勿用對硬件加以更改，不但有利于升級換代系統，而且為用戶降低了成本。

四、軟件無線電發射機仿真系統

以下將創建一個發射機仿真系統，是在多相濾波器的實信號信道化的基礎上進行創建，同時采取Matlab軟件實行仿真，以便驗證它的可行性。

1 多相濾波器的信道化發射機系統仿真

在對該仿真系統設計中，在劃分信道數、信道頻率與內插倍數中，它們之間有著密切的關聯，所以應當綜合考慮，同時采取快速傅立葉變換進行處理信號，使系統的工作效率不斷得到提高，而仿真卻采取Matlab軟件中M文件進行實現。

2 仿真系統的結構

基于多相濾波器的8信道化發射機仿真結構。主要基本參數有：

信道數：8

調制模式：AM

3 仿真系統的參數說明

3.1 信道數。信道化發射機重點應用于進行對某帶寬內的全部信道發射的場合，故其信道數應當很大，但對計算機的運算能力有所考慮，信道數勿可設置偏大，且增加仿真系統中信道數量只會使計算負擔得到增加，對驗證系統的可行性作用不大。因信道化濾波器的首步運算為FFT2變換，故信道數是2的整數次冪為最好，如此能使工作效率得到提高，基于對上面的考慮，信道數可以設置為8。

3.2 波形調制。語音信號雖然它形象直觀，但其時域波形與頻譜均雜亂，反映數字信道的問題模糊不清，因此不進行選擇語音信號。在信道衰減中AM調制表現較為敏感，本擇取部分常見波形當作調制波形，這樣能夠易于對發射機的性能進行判斷。

4 實驗結果和分析

整個仿真程序主要如下：

I=8，=25kHz時的8個調幅（AM）信號的信道化發射機仿真結果如圖4所示。

通過實驗結果驗證了其正確性與可行性。

本章對系統仿真的總體設計進行了討論，主要達成了利用Matlab完成8信道信道化發射機系統仿真，該系統仿真可達到預期的效果。

結語

軟件無線電已成為一個重要的研究方向，它是以開放體系結構作為基礎，應用軟件工程技術于硬件的平臺上，具有很好的適應性與靈活性，它漸已成為現代無線通信的一項關鍵技術，其引領著無線通信領域向著更先進的方向發展。

參考文獻

[1]楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2001.endprint

摘 要：軟件無線電的基本理念主要是將數字化處理單元盡量靠近于天線，并且該系統的每個功能在一個模塊化的硬件通用平臺中盡量由軟件來定義。它是以當今通信理論作為基礎，以微電子技術作為支撐，以處理數字信號作為核心的無線通信體系結構。

本文中筆者首先淺析了軟件無線電的概念，然后對軟件無線電發射機的基本理論進行了討論，在該基礎上對多相濾波器的信道化發射機系統仿真進行了深入研究，并驗證了其正確性與可行性。

關鍵詞：軟件；無線電發射機；仿真

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A

一、概述

無線通信經歷數十載的雄勃發展，雖然取得了卓越的成就，但是通信設備的互通性依然相對較差，通信的深化發展將受到一定的制約。自從九二年來，已對軟件無線電的概念有所明確提出，作為未來通信發展方向的軟件無線電，已受到全人類的普遍關注，其發展相當的迅猛。軟件無線電的主要理念是創建一個開放的通用硬件平臺，而且具有模塊化與標準化，而每種功能的實現均由軟件來完成，如此必然需將寬帶A/D與D/A轉換器盡可能靠近天線，那么A/D轉換器則須具有較高的采樣速率與充足的工作帶寬，但是將會造成數倍成本增加，所以在研發過程中只對中頻進行數字化。該設計采用成本低廉的TMS320VC5509及HSP50415核心芯片，且功耗低，其應用相對廣泛，能對各種正交AM、PM進行調制，是實現中頻發射機商業化的有效途徑。

二、軟件無線電的概念

軟件無線電顧名思義就是無線電收發信機以軟件加以控制，它的整個工作處理過程與工作參數不像無線電臺由硬件來主宰，而是由軟件進行定義及控制。從某種意義上而言，軟件無線電就是把數字信號處理技術運用到天線端的RF （射頻）信號處理，也就是把寬帶A/D與D/A轉換器盡量靠近天線端得到使用，同時其各種功能與工作參數都能經由軟件進行定義。它不僅操作方便靈活，且可對工作環境的變化與技術的發展作出更加快捷的響應。

三、軟件無線電發射機系統的實現

1 設計方案

發信機系統框圖如圖1所示。設計方向是把終端傳送的數據交給VC5509處理，加幀頭、同步頭等，然后發送HSP50415里，通過混頻、插值到中頻，再輸出十二位模擬信號，經由專門的發信機最終發出去。用于完成信號的插值、調制功能是HSP50415芯片，而用于完成處理數字信號及控制功能的是VC5509芯片。

2 系統的工作原理

該系統設計采取矢量調制方式，由終端發出數據之后，通過串口發送到DSP進行接收。讀取DSP后分I、Q兩路交替，再送至HSP50415。HSP50415對數據串接收變換之后，分成I、Q兩路并行，然后經由星座映射，整形濾波與內插之后，再把I、Q兩路的數字基帶信號移至中頻里，其公式是：

Outpylt=Ik cos（ωot）±Qksin（ωot）

按調制理論可知，當k為基帶輸入信號，Q1為0時，即Output=S（t）cos（ωot），Ik=S（t），這時Output即為DSP調制信號。當Qk是Ik的希爾伯特變換時，Output則獲得SSB調制信號，“+”，“-”分別對應USB與LSB信號。之后，經X/sin（X）補償濾波，12位的數模轉換后送入發信機，最后輸出。

3 本設計方案的實現

3.1 硬件電路圖。上述已對發信機的方案設計與原理作了簡述，而如下對該設計的硬件電路及其軟件流程進行重點說明。下面圖2所示為DSP和HSP50415的接口電路，采用2個片選，用于分別對HSP50415與向上變頻芯片輸送相關數據。經由微處理器接口選通CE2進行對HSP50415初始化。當完成初始化之后選通CE0，DSP每收到中斷信號一個即執行中斷程序，AWE與CE0相或得出HSP50415的數據時鐘，上變頻芯片會在DATACLK的上升沿采樣數據，然后經由程序對XF引腳拉低或拉高進行控制采樣的是I路或是Q路，其中斷信號由2*SYMCLK引腳生成。

3.2 軟件流程。圖3所示為發送數據流程圖。在全部調試過程里，信號處理與軟件控制中VC5509的發揮作用十分重要。對VC5509初始化，包括時鐘模式寄存器CLKMD的設置，外部存儲器接口EMIF，外部總線選取寄存器EBSEL等，然后中斷向量表宜創建一個子文件加以存儲。

對初始化的HSP50415即是進行對片內寄存器賦值，而片內有控制寄存器18個，能夠按照需求寫入。需要提醒的是整形濾波器的系數先由sire415.exe產生，72位的I、Q兩路RAM，微處理器端口可一次性接收八位數據，需按資料的要求寫入九次。

按上述方案可知，本設計出無線電發射機2FSK的調制方式時，數據傳輸率是0.8Mbps，QPSK的調制方式時，卻為1.5Mbps的數據傳輸率。因本系統采取軟件化的設計，所以能夠按照用戶的使用需求進行配置，而勿用對硬件加以更改，不但有利于升級換代系統，而且為用戶降低了成本。

四、軟件無線電發射機仿真系統

以下將創建一個發射機仿真系統，是在多相濾波器的實信號信道化的基礎上進行創建，同時采取Matlab軟件實行仿真，以便驗證它的可行性。

1 多相濾波器的信道化發射機系統仿真

在對該仿真系統設計中，在劃分信道數、信道頻率與內插倍數中，它們之間有著密切的關聯，所以應當綜合考慮，同時采取快速傅立葉變換進行處理信號，使系統的工作效率不斷得到提高，而仿真卻采取Matlab軟件中M文件進行實現。

2 仿真系統的結構

基于多相濾波器的8信道化發射機仿真結構。主要基本參數有：

信道數：8

調制模式：AM

3 仿真系統的參數說明

3.1 信道數。信道化發射機重點應用于進行對某帶寬內的全部信道發射的場合，故其信道數應當很大，但對計算機的運算能力有所考慮，信道數勿可設置偏大，且增加仿真系統中信道數量只會使計算負擔得到增加，對驗證系統的可行性作用不大。因信道化濾波器的首步運算為FFT2變換，故信道數是2的整數次冪為最好，如此能使工作效率得到提高，基于對上面的考慮，信道數可以設置為8。

3.2 波形調制。語音信號雖然它形象直觀，但其時域波形與頻譜均雜亂，反映數字信道的問題模糊不清，因此不進行選擇語音信號。在信道衰減中AM調制表現較為敏感，本擇取部分常見波形當作調制波形，這樣能夠易于對發射機的性能進行判斷。

4 實驗結果和分析

整個仿真程序主要如下：

I=8，=25kHz時的8個調幅（AM）信號的信道化發射機仿真結果如圖4所示。

通過實驗結果驗證了其正確性與可行性。

本章對系統仿真的總體設計進行了討論，主要達成了利用Matlab完成8信道信道化發射機系統仿真，該系統仿真可達到預期的效果。

結語

軟件無線電已成為一個重要的研究方向，它是以開放體系結構作為基礎，應用軟件工程技術于硬件的平臺上，具有很好的適應性與靈活性，它漸已成為現代無線通信的一項關鍵技術，其引領著無線通信領域向著更先進的方向發展。

參考文獻

[1]楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2001.endprint