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        基于軟件無線電中頻數(shù)字接收系統(tǒng)的設(shè)計

        2013-01-26 06:26:26中北大學(xué)信息探測與處理技術(shù)研究所張林影潘燁陽
        電子世界 2013年19期
        關(guān)鍵詞:下變頻流程圖程序設(shè)計

        中北大學(xué)信息探測與處理技術(shù)研究所 王 鵬 張林影 李 婷 潘燁陽

        1.引言

        軟件無線電提出了一種嶄新的設(shè)計、制造和使用無線通信系統(tǒng)與設(shè)備的思想,它擺脫了面向用途而完全依賴于硬件的傳統(tǒng)無線電設(shè)計思路,通過一種模塊化的通用硬件平臺,把系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)從長期依賴于固定電路的方式中解放出來,利用軟件可編程、易修改和成本低(硬件投入少)的優(yōu)勢,把無線通信技術(shù)水平提升到一個新的高度。本文設(shè)計了一種基于軟件無線電中頻接收系統(tǒng)方案,并通過MATLAB軟件對其進(jìn)行了仿真驗證。

        2.軟件無線電基本結(jié)構(gòu)

        軟件無線電的結(jié)構(gòu)基本上可以分為3種:射頻低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)、射頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)和寬帶中頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)。本文不對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)闡述,針對其所存在的不足之處,結(jié)合軟件無線電接收機(jī)的兩種數(shù)學(xué)模型,提出了一種可供實現(xiàn)的基于軟件無線電中頻接收系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu),如圖1.1所示。圖中虛線框內(nèi)的模塊即模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)模塊和數(shù)字下變頻(DDC)模塊為本文的主要設(shè)計部分。

        圖1.1 基于軟件無線電中頻接收系統(tǒng)

        3.軟件無線電中頻接收系統(tǒng)的MATLAB程序設(shè)計

        模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作過程大致可以分為采樣、量化、編碼等三個環(huán)節(jié)。圖3.1是A/D轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計流程圖,圖3.2是數(shù)字下變頻模塊程序設(shè)計流程圖。

        圖3.1 A/D模塊程序設(shè)計流程圖

        圖3.2 數(shù)字下變頻模塊程序設(shè)計流程圖

        輸入信號是一個載頻為60MHz、帶寬為20MHz的帶通信號,如圖3.3所示。經(jīng)過自然采樣(采樣頻率為80MHz)后,對得到的信號進(jìn)行均勻量化,量化結(jié)果如圖3.4所示。最后對量化后得到的序列進(jìn)行pcm編碼,輸出編碼序列。

        圖3.3 載頻為60MHz帶寬為20MHz的帶通信號頻譜圖

        圖3.4 量化后得到的序列以及量化特性

        圖3.5 下變頻后得到的信號頻譜

        圖3.6 濾波后信號頻譜

        數(shù)控振蕩器(NCO)的目標(biāo)就是產(chǎn)生一個理想的數(shù)字可控的正弦或余弦波。振蕩信號與經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號相乘,進(jìn)行下變頻處理,如圖3.5所示。信號經(jīng)混頻后,輸出到低通濾波器以濾除倍頻分量和帶外信號,經(jīng)濾波后得到的信號頻譜圖如圖3.6所示,另外,經(jīng)過低通濾波后的信號由于其數(shù)據(jù)流速很高,對后續(xù)的信號處理要求很高,這時就需要進(jìn)行降速處理,具體的方法即整倍數(shù)抽取,圖3.7顯示的就是經(jīng)過兩倍抽取后的得到的輸出信號。

        圖3.7 兩倍抽取得到的信號頻譜

        以圖3.7所示基本說明了此方案的可行性和合理性,并且在其它的軟件無線帶你結(jié)構(gòu)方面也進(jìn)一步的改進(jìn),提升了系統(tǒng)的靈敏性。

        4.小結(jié)

        軟件無線電既是一種全新的理論與技術(shù),也是一種先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計思路與方法,在新一代的無線系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本論文的主要工作是研究軟件無線電的基礎(chǔ)理論,設(shè)計基于軟件無線電的中頻接收系統(tǒng),主要是對經(jīng)混頻后得到的中頻信號的處理,通過編寫軟件程序來實現(xiàn)硬件模塊功能,包括模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)模塊以及數(shù)字下變頻器(DDC)模塊等,通過MATLAB編程實現(xiàn)了模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字下變頻器模塊的相關(guān)功能。

        [1]楊小牛,樓才藝.徐建良.軟件無線電原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001:1-137.

        [2][美]里德(Reed,J.H.)等著,陳強(qiáng)等譯.軟件無線電:無線電工程的現(xiàn)代方法[M].北京:人民郵電出版社,2004:4-6.

        [3]Tore Ulvers?y.Software Def ined Radio:Challenges and Opportunities.IEEE Communications Surveys&Tutoria ls,2010,12(4):531-550.

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