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        無線電臺(tái)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究

        2015-03-17 02:16:27
        通信電源技術(shù) 2015年3期
        關(guān)鍵詞:平衡性旁瓣載波

        吳 海

        (國家新聞出版廣電總局871臺(tái),海南東方572600)

        隨著無線電臺(tái)技術(shù)的發(fā)展,特別是超大規(guī)模FPGA和微處理器的發(fā)展,使得無線電臺(tái)的更多功能可以通過軟件來實(shí)現(xiàn),從而使得無線電臺(tái)可以擺脫硬件布線的限制,開始朝軟件無線電臺(tái)方向發(fā)展。軟件無線電臺(tái)使用一種通用的硬件就可以實(shí)現(xiàn)不同用途的無線電臺(tái),不僅簡化了電臺(tái)硬件結(jié)構(gòu),同時(shí)也能夠促進(jìn)不同電臺(tái)之間的相互兼容和通信。

        調(diào)制解調(diào)是電臺(tái)通信的基礎(chǔ),因此也是軟件無線電臺(tái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵內(nèi)容。直接序列擴(kuò)頻/差分的多進(jìn)制相移鍵控(DS/DMPSK)是目前應(yīng)用較為廣泛的調(diào)制解調(diào)技術(shù)之一,具有保密性能好、抗干擾能力強(qiáng)、頻譜利用率高等特點(diǎn)。為此,本文也主要以DS/DMPSK為例,對(duì)軟件無線電臺(tái)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)進(jìn)行研究。

        1 無線電臺(tái)調(diào)制技術(shù)

        無線電臺(tái)DS/DMPSK調(diào)制技術(shù)的原理框圖如圖1所示。

        (1)差分編碼

        MPSK信號(hào)依靠載波的絕對(duì)相位來實(shí)現(xiàn)信息傳遞,在接收端解調(diào)時(shí),由于不知道初始相位,從而導(dǎo)致相位模糊。因此,不能夠使用非相干的解調(diào)方法。

        其中一種解決方法就是差分調(diào)制方法,即對(duì)系帶數(shù)據(jù)進(jìn)行差分編碼,用‘1’表示前后碼元變化,‘0’表示不變,差分編碼原理如圖2所示。

        圖1 DS/DMPSK原理框圖

        圖2 差分編碼原理圖

        圖2 中,{ɑn}為編碼前的絕對(duì)碼,{dn}為編碼后的相對(duì)碼,差分編碼的數(shù)學(xué)模型如下所示:

        (2)數(shù)據(jù)分路

        在BPSK中,由1 bit基帶數(shù)據(jù)控制載波相位,2 bit和3 bit基帶數(shù)據(jù)控制8PSK和QPSK的載波相位。因此,在進(jìn)行調(diào)制時(shí),需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分錄,將8PSK分3路,QPSK分2路。分路之后的數(shù)據(jù)速率會(huì)降低,可以通過串并轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分路。

        (3)正交平衡調(diào)制

        正交平衡調(diào)制的目的是為了抑制載波,其原理如圖3所示,用I、Q兩路調(diào)制電壓分別與I、Q兩路正交載波相乘,然后通過累加求和來完成正交平衡調(diào)制。

        圖3 正交平衡調(diào)制原理圖

        如圖3所示,如果I、Q兩路的調(diào)制電壓平衡性交叉,那么就會(huì)導(dǎo)致載波抑制效果交叉和載波泄露現(xiàn)象。由于I、Q兩路的調(diào)制電壓平衡性與偽隨機(jī)碼的平衡性相關(guān),因此在進(jìn)行正交平衡調(diào)制時(shí),應(yīng)該選擇平衡性較好的偽隨機(jī)碼。

        2 無線電臺(tái)解調(diào)技術(shù)

        無線電臺(tái)DS/DMPSK解調(diào)原理設(shè)計(jì)如圖4所示。

        圖4 DS/DMPSK解調(diào)原理圖

        CIC濾波器的幅頻特性如圖5所示。

        圖5 CIC濾波器的幅頻特性圖

        旁瓣比主瓣低13.46 dB,旁瓣抑制為Q×13.46 dB,當(dāng)Q=5時(shí),旁瓣抑制為67.3 dB,濾波前后的仿真圖如圖6(a)、(b)所示。

        從圖5可以看出,CIC濾波器的零點(diǎn)帶寬為2π/D。單級(jí)CIC濾波器旁瓣比較大,可以采用多級(jí)級(jí)聯(lián)來降低CIC濾波器的旁瓣電平,采用Q級(jí)級(jí)聯(lián)的頻率響應(yīng)為:

        圖6 濾波前后的仿真結(jié)果圖

        (1)AGC自動(dòng)增益控制

        無線電接收機(jī)在接收到中頻信號(hào)之后,需要進(jìn)行自動(dòng)增益控制,從而使得接收的數(shù)據(jù)幅度滿足進(jìn)一步處理的要求。進(jìn)行AGC處理的原因主要有如下兩點(diǎn):

        a.信號(hào)幅度要滿足ADC輸入電壓的要求,如果幅度太大,超過了ADC正常工作范圍,則無法實(shí)現(xiàn)正常采樣;如果太小,無法充分利用ADC性能,降低了采樣效果;

        b.解擴(kuò)解調(diào)過程會(huì)產(chǎn)生跟中頻信號(hào)幅度的相關(guān)峰,如果信號(hào)幅度不穩(wěn)定,那么所產(chǎn)生的峰也不穩(wěn)定,容易導(dǎo)致判決錯(cuò)誤。

        (2)CIC濾波

        在自動(dòng)增益并進(jìn)行相關(guān)處理后的峰中,包含了大量的高頻分量。為了減少誤差,需要通過低通濾波來得到更加平坦的峰值。在無線電臺(tái)調(diào)制解調(diào)技術(shù)中就采用CIC積分濾波器進(jìn)行濾波。

        CIC濾波器的沖擊響應(yīng)為:

        CIC濾波器的頻率響應(yīng)為:

        3 總 結(jié)

        超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為無線電臺(tái)的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制解調(diào),不僅可以降低無線電臺(tái)的建設(shè)成本,提高設(shè)備的可靠性,還可以融合各種調(diào)制解調(diào)技術(shù),使得無線電臺(tái)調(diào)制解調(diào)技術(shù)適合各種調(diào)制體制,實(shí)現(xiàn)各種無線電臺(tái)的通信。

        [1] 郭黎利,齊 琳,王東凱.軟件無線電中基于譜相關(guān)理論的調(diào)制模式識(shí)別技術(shù)[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào),2004,(6):4-7.

        [2] 李 楊,李國通,楊根慶.通信信號(hào)數(shù)字調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別算法研究[J].電子與信息學(xué)報(bào).2005,(2):83-84.

        [3] 高立輝,吳 楚,付文祥.通信信號(hào)數(shù)字調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別的特征矢量研究[J].信息工程大學(xué)學(xué)報(bào),2003,(2):52-56.

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