通信接收系统的软件无线电实现方法

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1、软件无线电及其实现方案江苏省和江中等专业学校马秋徐正来摘要：木文介绍软件无线电技术，并分析了实现软件无线电的关键，给出了基于冃前器件技术水平的屮频软件无线电实现的最佳方案，最后指出软件无线电技术的美好前景。关键词：软件无线电、FPGA、DSP、实现方案一、软件无线电技术软件无线电是近年來随看计算机及微电子技术高速发展而产朱的一种是全新的无线电技^：o1992年，约瑟夫•米托拉首次提出了“软件无线电”的概念。软件无线电就是将宽带模数变换器(A/D)及数模变换器(D/A)尽可能地靠近射频犬线，建立一个具有“A/D-DSP-D/A"模型的通用的、开放

2、的唤件平台，在这个li更件平台上尽量利川软件技术來实现电台的各种功能模块。软件无线电技术打破了有史以來设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。因为更低的成木、更大的灵活性和更高的性能，已迅速应川到军事、公共安全和商用无线等领域。二、软件无线电的关键技术及其现行解决方案典型的屮频软件无线电的通用换件平台结构如图1所示，其中包括A/D变换器、D/A变换器、数字信号处理模块和PC机，其中PC机具冇良好的人机接口，可以完成如初始化系统；提供软件开发环境；实现在线/离线开发应川软件；下载软件到数字信号处理模块的功能。图1屮频软件无线电的通用硬件平台

3、结构数字信号处理模块是软件无线电的核心部分。用來实现多媒体处理、调制解调、波形处理、上/卜•变频和控制等功能。此模块可以灵活扩展，满足不同无线通信系统对数字信号处理的运算速度和运算量的要求。目前用于数字信号处理的器件有三种：ASIC,FPGA,DSP。ASIC即专用集成电路，它的优点是速度高、体积小以及低功耗，缺点在于可编程能力较弱。FPGA具备现场可编程能力，速度高，适合处理顺序逻辑，功耗较低；缺点在于处理复杂算法时程序设计难度大。DSP也具备可编程能力，其特殊的硬件结构非常适合数字信号处理算法，且程序设计相对于FPGA要容易；缺点在于功耗髙

4、，速度较低，也不适合比特流的顺序处理。目前实现中频软件无线电系统的传统方法有：1、采用多个DSP组成树状或网状结构，并行处理数据流，但这种方法最大的弊端是系统体积人、供耗高、成本高。2、ASIC+DSP组合结构，DSP仅进行较低速的数字信号处理，而把数字上/下变频等高速、大运算量的处理移嫁给可有限编程的参数化ASIC來完成。此法受可编程的限制，难以体现软件无线电所要求的灵活性和开放性；并且对于支持更多的模式和频带，也将使ASIC的个数随之增加。基于对运算能力和可编程能力的考虑，日前比较优越的方法是DSP+FPGA组合结构。FPGA实现大计算量的

5、信号处理数据通道和控制，让系统延迟最小，而DSP处理器则完成基带处理的算法实现，以实现从一种标准切换至另一种标准。具有体积小、功耗小、现场可编程能力强的特点，可完成数字上/下变频、滤波、调制/解调、扩频/解扩、载波以及PN（伪随机码）的同步和跟踪等功能。三、采用FPGA实现中频软件无线电的方案图2为所实现的中频软件无线电系统框图。主要由A/D转换及DDC模块、D/A及DUC转换模块、DSP信号处理模块、PCI总线接口、FPGA高速数字传输、存储器等几部分组成。TRIGADOUTB1BRIDGEDSP2ISEtF^DEFfNEBUSOWS)PCI

6、BUS(J1AJ2)PCIBLS&POWER♦-—rCLKTRIGADOUT■EIB1B5SRAMFLASHSDRAMSRAMFLASH图2系统总体框图1、D/A和A/D转换器D/A和A/D转换器分別把中频数字信号转换成模拟信号，中频模拟信号转换成数字信号。D/A变换器和A/D变换器的选择，直接关系到软件无线电的总体性能。因此，必须根据系统的要求，综合考虑D/A变换器和A/D变换器的各方而性能，做出选择。DAC选用AD公司的AD9857oAD9857是一种单片混合信号的14位积分数字上行转换器，集成数字上变频DUC功能与DA转换功能的DDS芯片

7、。具有200MHz内部时钟速度，内部32位正交DDS,可实现FSK调制功能；14位DDS和DAC的数据路径结构，可接受复合I/Q输入数据。选择ADC时，需要考虑其采样频率、带宽、转换位数和SFDRo在此，ADC选用AD公司生产的AD9042。AD9042是高速、高性能、低功耗的单片12位模/数变换器。2.数字信号处理模块信号处理模块由FPGA和DSP组成，DSP完成复杂算法的计算，而FPGA完成路径选择、工作配置等实时性强的工作。经信号处理模块处理后的数字信号送到数字上变频及抽取滤波处理模块，经处理后再送到高速DAC传送给发射系统。输入的模拟屮

8、频信号经过高速ADC模块，在屮频进行带通采样数字化，然后进行数字下变频，将感兴趣的信号转换至基带，同时做抽样率转换及滤波处理，Z后由后续的专用数字信号