基于軟件無(wú)線電技術(shù)通信基帶信號(hào)產(chǎn)生設(shè)計(jì)

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1、基于軟件無(wú)線電技術(shù)通信基帶信號(hào)產(chǎn)生設(shè)計(jì)　　摘要：本文主要介紹了軟件無(wú)線電技術(shù)原理，并提出了一種基于ISL5217數(shù)字上變頻器件產(chǎn)生各種通信基帶信號(hào)的設(shè)計(jì)方法。該方法經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線電ISL5217基帶信號(hào)中圖分類(lèi)號(hào)：TN92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9416（2013）05-0039-03軟件無(wú)線電是近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)及微電子技術(shù)高速發(fā)展而產(chǎn)生的一種全新的無(wú)線電技術(shù)。1992年，美國(guó)MILTRE公司的JeoMitola首次提出了軟件無(wú)線電（softwareradio）的概念。其中心思想是：構(gòu)造一個(gè)具有開(kāi)放性

2、、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái)，將各種功能用軟件來(lái)完成，并使寬帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，以研制出具有高度靈活性、開(kāi)放性的新一代無(wú)線通信系統(tǒng)。該技術(shù)打破了有史以來(lái)設(shè)備的通信功能的實(shí)現(xiàn)僅僅依賴(lài)于硬件發(fā)展的格局。因?yàn)槌杀靖?、靈活性更大、性能更高，已經(jīng)迅速應(yīng)用到軍事、公共安全和商用無(wú)線領(lǐng)域。1軟件無(wú)線電組成結(jié)構(gòu)6軟件無(wú)線電的基本思想是以一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺(tái)為依托，通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺(tái)設(shè)計(jì)方法中解放出來(lái)。功能的軟件化實(shí)現(xiàn)勢(shì)必要求減少功能單一、靈活性差的硬件電路，尤其是減少模擬環(huán)節(jié)，把數(shù)

3、字化處理（A/D和D/A變換）盡量靠近天線。軟件無(wú)線電強(qiáng)調(diào)體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性和全面可編程性，通過(guò)軟件的更新改變硬件的配置結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新的功能。軟件無(wú)線電的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。軟件無(wú)線電主要由天線、射頻前端、寬帶A/D-D/A轉(zhuǎn)換器、通用和專(zhuān)用數(shù)字信號(hào)處理器以及各種軟件組成。天線一般要覆蓋比較寬的頻段，要求每個(gè)頻段的特性均勻，以滿(mǎn)足各種業(yè)務(wù)的需求。射頻前端在發(fā)射時(shí)主要完成上變頻、濾波、功率放大等任務(wù)，接收時(shí)實(shí)現(xiàn)濾波、放大、下變頻等功能。模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化后的處理任務(wù)全由DSP軟件完成。為了減輕通用DSP的處理壓力，通常把A/D轉(zhuǎn)換器傳來(lái)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)

4、過(guò)專(zhuān)用數(shù)字信號(hào)處理器件（如數(shù)字下變頻DDC）處理，降低數(shù)據(jù)流速率，并把信號(hào)變至基帶后，再把數(shù)據(jù)送給通用DSP進(jìn)行處理。2調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生任何一個(gè)無(wú)線電信號(hào)均可以表示為：6調(diào)制的方法是先根據(jù)調(diào)制方式求出I（n）、Q（n），然后分別與兩個(gè)正交本振、相乘并求和，即可獲得調(diào)制信號(hào)s（n），如圖2所示：對(duì)任何一種調(diào)制方式，都可以計(jì)算出與之對(duì)應(yīng)的兩個(gè)正交分量I（n）、Q（n），例如對(duì)調(diào)幅信號(hào)，則有：在圖2的調(diào)制模型中，兩個(gè)正交基帶信號(hào)I（n）、Q（n）的采樣率與輸出信號(hào)的采樣率是一樣的，而要求輸出信號(hào)的采樣率是最高載頻的兩倍以上，而兩個(gè)正交基帶信號(hào)I（n）、Q

5、（n）的帶寬僅為信號(hào)帶寬，與載頻相比要小得多，也就是I（n）、Q（n）并不需要產(chǎn)生如此高速數(shù)據(jù)流，只需要輸出大于2倍信號(hào)帶寬的數(shù)據(jù)流就行了，否則如果用軟件（DSP）來(lái)產(chǎn)生基帶信號(hào)將會(huì)對(duì)處理速度提出過(guò)高的要求。但是為了使產(chǎn)生的基帶信號(hào)與后面的采樣速率相匹配，在進(jìn)行正交調(diào)制之前必須通過(guò)內(nèi)插把低數(shù)據(jù)率的基帶信號(hào)提升到采樣頻率上，實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖3所示：3基于數(shù)字上變頻器ISL5217的通信基帶信號(hào)產(chǎn)生方法3.1ISL5217介紹ISL5217可以產(chǎn)生QASK數(shù)字調(diào)制信號(hào)，包括QPSK，BPSK，和QAM。芯片內(nèi)部具有FM調(diào)制器，可以實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)頻和FSK；

6、芯片內(nèi)部集成有可編程的256階FIR濾波器，可以控制輸出信號(hào)帶寬；32位相位累加器載波NCO，16位相位偏置控制字，使得頻率分辨率和相位分辨率非常高。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)流速率達(dá)到6.5MSPS，輸出采樣頻率為104MSPS時(shí)，QPUC的輸出頻譜純度超過(guò)100dB。圖4是ISL5217的結(jié)構(gòu)框圖。63.2基于ISL5217的通信基帶信號(hào)設(shè)計(jì)方案通信基帶信號(hào)的產(chǎn)生方案如圖5。除數(shù)字上變頻器芯片ISL5217外，還包括D/A變換器、濾波器、放大驅(qū)動(dòng)以及與計(jì)算機(jī)的接口電路，接口電路由FPGA和CPLD可編程電路構(gòu)成。為與數(shù)字上變頻器匹配，D/A變換器選雙路12

7、位高速DAC。ISL5217的最高輸出采樣頻率fclk為104MHz，在本方案中由變頻組件產(chǎn)生的80MHz作為時(shí)鐘，考慮到濾波器矩形系數(shù)等因素的影響，常取ISL5217的輸出頻率fout≤0.4fclk，所以取ISL5217的f0ut=20MHz。D/A選用ISL5217兼容的12位數(shù)/模變換器HI5828。HI5828是雙12bit，130MSPS的高速、低功耗數(shù)/模變換器。該數(shù)/模變換器在5V工作消耗312mW，3V工作消耗46mW（在6MSPS）。除了低功耗，該數(shù)/模變換器在fs=50MSPS，fOUT=2.51MHz時(shí)的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（

8、SFDR）為76dBc。以下是利用ISL5217產(chǎn)生的8PSK、64QAM、4CPFSK、QPSK等調(diào)制信號(hào)的頻譜和星座圖。（圖6、7、8、9）6IS