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基于DSP软件无线电的多制式信号发生器的设计

★★★★★【文章导读】：基于DSP软件无线电的多制式信号发生器的设计具体内容是：在软件无线电的研究过程中，调制解调技术是移动通信系统空中接口的重要组成部分。在不同的蜂窝半径和应用环境下，移动通信的信道呈现不同的衰落特性，根据移动信道的衰落情况，自动地改变调制方式，从而提高传输效率…

来源：日期：2013-12-17 21:36:48 人气：标签：

在软件无线电的研究过程中，调制解调技术是移动通信系统空中接口的重要组成部分。在不同的蜂窝半径和应用环境下，移动通信的信道呈现不同的衰落特性，根据移动信道的衰落情况，自动地改变调制方式，从而提高传输效率并保证传输性能。那么，一个通用的信号源是必不可少的。

作者设计了一个基于dsp+dds结构的可编程调制器的硬件平台，并在此硬件平台上实现了各种模拟调制和数字调制的通用软件算法。当改变调制制式时，无需再次下载程序，而且调制制式、比特速率、输出中频均可调。

1 硬件结构

通常，信号源输出的波形多数是对周期的01序列进行调制，输出波形单一，只能作为解调输入信号的一种特例，缺少通用性。而许多专用芯片采用的调制方式也是有限的。用dsp+dds构成的通用多制式信号发生器不仅可以实现模拟调制，而且可以实现各种数字调制。dsp利于基带信号的实时处理，可以实现高速调制，而dds具有频率分辨率高、频率变化速度快、相位连续、易于数字控制等特点。图1给出多制式信号发生器硬件原理图。

信号发生器主要由三部分构成：控制单元、数字信号处理器(dsp)、正交数字上变频器(quadrature digital upconverter)。

dsp采用ti公司的tms320vc5402，它独特的哈佛结构、硬件密集型方案和灵活的指令系统可以满足对信号的实时处理，它的高性能、低功耗及低价位使其得到广泛应用。

正交数字上变频器采用ad公司的ad9857。ad9807 高工作频率为200mhz，输出中频频率范围为0～80mhz。ad9807内部集成半带滤波器、cic(ascaded integrator comb)滤波器、反sinc滤波器、高速的14位是一个相位连续的直接数字频率合成器dds(direct digital synthesizer)。在该方案中，ad9857工作在正交调制模式。它的32位频率控制字使输出频率的高精确度为：sysclk(系统时钟)除以2 32。

控制单元决定采用哪一种调制制式、比特速率及输出中频频率。

dsp读入控制单元的数据，然后经过串口向ad9857发送控制字。原始信息数据(是由dsp产生的伪随机序列)首先在dsp中进行编码、调制等处理后得到基带信号。基带处理得到正交信号的i/q分量交替进入ad9857，经过串并变换，转换成两路并行的i/q数据，进行内插和上变频运算，然后通过d/a变换直接输出模拟中频信号，从而将基带处理和中频调制合二为一。

ad9857对输入的数字信号进行采样和内插，降低了dsp的处理负担，使整个系统的性能达到较好的程度。

2 软件算法

软件无线电具有完全的可编程性。它采用数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来定主实现无线电台的各部分功能，包括对无线波段、信道调制、接入方式、数据速率的编程等。因此通过程序进行控制和操作，是软件无线电突出的特点之一。软件算法的设计直接关系到电台软件的实现。软件无线电台对信号的处理都是实时的，因此对算法的时间及空间的复杂性都提出了很高的要求。

为节省有限的dsp运算资源，软件无线电软件算法研究中大量采用查表法来提高处理速度，通常在调制过程中使用波形存储法。编写软件算法程序时，只要某一调制方式及其对应的输出状态数目是有限的，就可以借助表法来实现。查表法避免了大量的中间运算，简单易行，唯一的缺点是占用了大量的存储空间。因此，需要建立一张通用的表格，该表格存储了经过量化的14位有符号的二进制数。表格的设计应达到查表过程简单，同时满足不同的调制方式。用这个表还可以实现正弦函数的计算，只需将当前相位移相π/2。

除了一张通用的余弦表，针对不同的调制方式还需分别建立对应的调制星座图映射表，按照调制方式分类组成一个相位表格库。对于差分相位调制，该表格为差分相位表格。当调制方式确定后，根据得到的码元，查表计算当前相位φk。

图2以(π/4)dqpsk调制方式为例，介绍差分相位调制软件算法。数字存储区存储的是一个周期的余弦函数波形样点，设存储区的采样点数为n，表格的移动步长为d。原始调制每两个比特一组，通过表1中的调制星座图映射成差分相位δφk与前一码无的相位进行模2π相加得到当前码元的绝对相位φk，计算φk在余弦表中的偏移地址，根据偏移地址调制信号的数据。

设f(i)=cos(id),其中0≤i

那么，当前相位φk(0≤φk<2π)的偏移地址为：φk×n/2π。

(π/4)dqpsk对应的绝对相位φk的可能取值有：0°、45、90°、135°、180°、225°、270°、315°。如果n=144,即d=2.5，则φk在余弦表中对应的偏移地址为：0°、18°、36°、54°、72°、90°、108°、126°。

表1 调制星座图

3 调制信号波形

采用pcb四层板设计，实现了该信号发生器的硬件平台，并在此平台基础上完成了以下调制方式的软件编程：am、dsb、ssb、fm、gmsk、fsk、bpsk、dbpsk、qpsk、(π/4)dqpsk、8psk、4-64 star-qam。其中数字调制方式的码元速率可达到1mhz(即对于四相调制，比特速率可达2mbps;对于32qam调制，比特速率可达5mbps)，载波频率可达到70mhz，调制方式、比特(或码元)速率、输出中频均可调。