基于软件无线电技术通信基带信号产生设计

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1、基于软件无线电技术通信基带信号产生设计　　摘要：本文主要介绍了软件无线电技术原理，并提出了一种基于ISL5217数字上变频器件产生各种通信基带信号的设计方法。该方法经过试验验证，满足设计指标要求。关键词：软件无线电ISL5217基带信号中图分类号：TN92文献标识码：A文章编号：1007-9416（2013）05-0039-03软件无线电是近年来随着计算机及微电子技术高速发展而产生的一种全新的无线电技术。1992年，美国MILTRE公司的JeoMitola首次提出了软件无线电（softwareradio）的概念。其中心思想是：构造一个具有开放性

2、、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种功能用软件来完成，并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。该技术打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。因为成本更低、灵活性更大、性能更高，已经迅速应用到军事、公共安全和商用无线领域。1软件无线电组成结构6软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。功能的软件化实现势必要求减少功能单一、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，把数

3、字化处理（A/D和D/A变换）尽量靠近天线。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件的更新改变硬件的配置结构，实现新的功能。软件无线电的组成结构如图1所示。软件无线电主要由天线、射频前端、宽带A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理器以及各种软件组成。天线一般要覆盖比较宽的频段，要求每个频段的特性均匀，以满足各种业务的需求。射频前端在发射时主要完成上变频、滤波、功率放大等任务，接收时实现滤波、放大、下变频等功能。模拟信号进行数字化后的处理任务全由DSP软件完成。为了减轻通用DSP的处理压力，通常把A/D转换器传来的数字信号，经

4、过专用数字信号处理器件（如数字下变频DDC）处理，降低数据流速率，并把信号变至基带后，再把数据送给通用DSP进行处理。2调制信号产生任何一个无线电信号均可以表示为：6调制的方法是先根据调制方式求出I（n）、Q（n），然后分别与两个正交本振、相乘并求和，即可获得调制信号s（n），如图2所示：对任何一种调制方式，都可以计算出与之对应的两个正交分量I（n）、Q（n），例如对调幅信号，则有：在图2的调制模型中，两个正交基带信号I（n）、Q（n）的采样率与输出信号的采样率是一样的，而要求输出信号的采样率是最高载频的两倍以上，而两个正交基带信号I（n）、Q

5、（n）的带宽仅为信号带宽，与载频相比要小得多，也就是I（n）、Q（n）并不需要产生如此高速数据流，只需要输出大于2倍信号带宽的数据流就行了，否则如果用软件（DSP）来产生基带信号将会对处理速度提出过高的要求。但是为了使产生的基带信号与后面的采样速率相匹配，在进行正交调制之前必须通过内插把低数据率的基带信号提升到采样频率上，实现过程如图3所示：3基于数字上变频器ISL5217的通信基带信号产生方法3.1ISL5217介绍ISL5217可以产生QASK数字调制信号，包括QPSK，BPSK，和QAM。芯片内部具有FM调制器，可以实现模拟调频和FSK；

6、芯片内部集成有可编程的256阶FIR滤波器，可以控制输出信号带宽；32位相位累加器载波NCO，16位相位偏置控制字，使得频率分辨率和相位分辨率非常高。当输入数据流速率达到6.5MSPS，输出采样频率为104MSPS时，QPUC的输出频谱纯度超过100dB。图4是ISL5217的结构框图。63.2基于ISL5217的通信基带信号设计方案通信基带信号的产生方案如图5。除数字上变频器芯片ISL5217外，还包括D/A变换器、滤波器、放大驱动以及与计算机的接口电路，接口电路由FPGA和CPLD可编程电路构成。为与数字上变频器匹配，D/A变换器选双路12

7、位高速DAC。ISL5217的最高输出采样频率fclk为104MHz，在本方案中由变频组件产生的80MHz作为时钟，考虑到滤波器矩形系数等因素的影响，常取ISL5217的输出频率fout≤0.4fclk，所以取ISL5217的f0ut=20MHz。D/A选用ISL5217兼容的12位数/模变换器HI5828。HI5828是双12bit，130MSPS的高速、低功耗数/模变换器。该数/模变换器在5V工作消耗312mW，3V工作消耗46mW（在6MSPS）。除了低功耗，该数/模变换器在fs=50MSPS，fOUT=2.51MHz时的无杂散动态范围（

8、SFDR）为76dBc。以下是利用ISL5217产生的8PSK、64QAM、4CPFSK、QPSK等调制信号的频谱和星座图。（图6、7、8、9）6IS