葉立芳 黃 滔

（廣東宜通世紀(jì)科技股份有限公司，廣東 廣州 510650）

一、概述

無線通信經(jīng)歷數(shù)十載的雄勃發(fā)展，雖然取得了卓越的成就，但是通信設(shè)備的互通性依然相對較差，通信的深化發(fā)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(fā)展方向的軟件無線電，已受到全人類的普遍關(guān)注，其發(fā)展相當(dāng)?shù)难该?。軟件無線電的主要理念是創(chuàng)建一個開放的通用硬件平臺，而且具有模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化，而每種功能的實現(xiàn)均由軟件來完成，如此必然需將寬帶A/D與D/A轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，那么A／D轉(zhuǎn)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(shù)倍成本增加，所以在研發(fā)過程中只對中頻進行數(shù)字化。該設(shè)計采用成本低廉的TMS320VC5509及HSP50415核心芯片，且功耗低，其應(yīng)用相對廣泛，能對各種正交AM、PM進行調(diào)制，是實現(xiàn)中頻發(fā)射機商業(yè)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(fā)信機以軟件加以控制，它的整個工作處理過程與工作參數(shù)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(shù)字信號處理技術(shù)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(zhuǎn)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(shù)都能經(jīng)由軟件進行定義。它不僅操作方便靈活，且可對工作環(huán)境的變化與技術(shù)的發(fā)展作出更加快捷的響應(yīng)。

三、軟件無線電發(fā)射機系統(tǒng)的實現(xiàn)

1 設(shè)計方案

圖1 發(fā)信機系統(tǒng)框圖

圖2 DSP與HSP50415接口電路

發(fā)信機系統(tǒng)框圖如圖1所示。設(shè)計方向是把終端傳送的數(shù)據(jù)交給VC5509處理，加幀頭、同步頭等，然后發(fā)送HSP50415里，通過混頻、插值到中頻，再輸出十二位模擬信號，經(jīng)由專門的發(fā)信機最終發(fā)出去。用于完成信號的插值、調(diào)制功能是HSP50415芯片，而用于完成處理數(shù)字信號及控制功能的是VC5509芯片。

2 系統(tǒng)的工作原理

該系統(tǒng)設(shè)計采取矢量調(diào)制方式，由終端發(fā)出數(shù)據(jù)之后，通過串口發(fā)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(shù)據(jù)串接收變換之后，分成I、Q兩路并行，然后經(jīng)由星座映射，整形濾波與內(nèi)插之后，再把I、Q兩路的數(shù)字基帶信號移至中頻里，其公式是：

Outpylt=Ik cos（ωot）±Qksin（ωot）

按調(diào)制理論可知，當(dāng)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(diào)制信號。當(dāng)Qk是Ik的希爾伯特變換時，Output則獲得SSB調(diào)制信號，“+”，“-”分別對應(yīng)USB與LSB信號。之后，經(jīng)X/sin（X）補償濾波，12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換后送入發(fā)信機，最后輸出。

3 本設(shè)計方案的實現(xiàn)

3.1 硬件電路圖。上述已對發(fā)信機的方案設(shè)計與原理作了簡述，而如下對該設(shè)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(guān)數(shù)據(jù)。經(jīng)由微處理器接口選通CE2進行對HSP50415初始化。當(dāng)完成初始化之后選通CE0，DSP每收到中斷信號一個即執(zhí)行中斷程序，AWE與CE0相或得出HSP50415的數(shù)據(jù)時鐘，上變頻芯片會在DATACLK的上升沿采樣數(shù)據(jù)，然后經(jīng)由程序?qū)F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。

圖3 發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖

3.2 軟件流程。圖3所示為發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖。在全部調(diào)試過程里，信號處理與軟件控制中VC5509的發(fā)揮作用十分重要。對VC5509初始化，包括時鐘模式寄存器CLKMD的設(shè)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(chuàng)建一個子文件加以存儲。

對初始化的HSP50415即是進行對片內(nèi)寄存器賦值，而片內(nèi)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(shù)先由sire415.exe產(chǎn)生，72位的I、Q兩路RAM，微處理器端口可一次性接收八位數(shù)據(jù)，需按資料的要求寫入九次。

按上述方案可知，本設(shè)計出無線電發(fā)射機2FSK的調(diào)制方式時，數(shù)據(jù)傳輸率是0.8Mbps，QPSK的調(diào)制方式時，卻為1.5Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。因本系統(tǒng)采取軟件化的設(shè)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(tǒng)，而且為用戶降低了成本。

四、軟件無線電發(fā)射機仿真系統(tǒng)

以下將創(chuàng)建一個發(fā)射機仿真系統(tǒng)，是在多相濾波器的實信號信道化的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)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(fā)射機系統(tǒng)仿真

在對該仿真系統(tǒng)設(shè)計中，在劃分信道數(shù)、信道頻率與內(nèi)插倍數(shù)中，它們之間有著密切的關(guān)聯(lián)，所以應(yīng)當(dāng)綜合考慮，同時采取快速傅立葉變換進行處理信號，使系統(tǒng)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(xiàn)。

2 仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

基于多相濾波器的8信道化發(fā)射機仿真結(jié)構(gòu)。主要基本參數(shù)有:

信道數(shù):8

調(diào)制模式:AM

圖4 路信道化軟件無線電發(fā)射機仿真結(jié)果

3 仿真系統(tǒng)的參數(shù)說明

3.1 信道數(shù)。信道化發(fā)射機重點應(yīng)用于進行對某帶寬內(nèi)的全部信道發(fā)射的場合，故其信道數(shù)應(yīng)當(dāng)很大，但對計算機的運算能力有所考慮，信道數(shù)勿可設(shè)置偏大，且增加仿真系統(tǒng)中信道數(shù)量只會使計算負擔(dān)得到增加，對驗證系統(tǒng)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(shù)是2的整數(shù)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(shù)可以設(shè)置為8。

3.2 波形調(diào)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(shù)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(diào)制表現(xiàn)較為敏感，本擇取部分常見波形當(dāng)作調(diào)制波形，這樣能夠易于對發(fā)射機的性能進行判斷。

4 實驗結(jié)果和分析

整個仿真程序主要如下：

I=8，=25kHz時的8個調(diào)幅（AM）信號的信道化發(fā)射機仿真結(jié)果如圖4所示。

通過實驗結(jié)果驗證了其正確性與可行性。

本章對系統(tǒng)仿真的總體設(shè)計進行了討論，主要達成了利用Matlab完成8信道信道化發(fā)射機系統(tǒng)仿真，該系統(tǒng)仿真可達到預(yù)期的效果。

結(jié)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(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，應(yīng)用軟件工程技術(shù)于硬件的平臺上，具有很好的適應(yīng)性與靈活性，它漸已成為現(xiàn)代無線通信的一項關(guān)鍵技術(shù)，其引領(lǐng)著無線通信領(lǐng)域向著更先進的方向發(fā)展。

[1]楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.