软件无线电发射机的实现与仿真

叶立芳 黄 滔

（广东宜通世纪科技股份有限公司，广东 广州 510650）

一、概述

无线通信经历数十载的雄勃发展，虽然取得了卓越的成就，但是通信设备的互通性依然相对较差，通信的深化发展将受到一定的制约。自从九二年来，已对软件无线电的概念有所明确提出，作为未来通信发展方向的软件无线电，已受到全人类的普遍关注，其发展相当的迅猛。软件无线电的主要理念是创建一个开放的通用硬件平台，而且具有模块化与标准化，而每种功能的实现均由软件来完成，如此必然需将宽带A/D与D/A转换器尽可能靠近天线，那么A／D转换器则须具有较高的采样速率与充足的工作带宽，但是将会造成数倍成本增加，所以在研发过程中只对中频进行数字化。该设计采用成本低廉的TMS320VC5509及HSP50415核心芯片，且功耗低，其应用相对广泛，能对各种正交AM、PM进行调制，是实现中频发射机商业化的有效途径。

二、软件无线电的概念

软件无线电顾名思义就是无线电收发信机以软件加以控制，它的整个工作处理过程与工作参数不像无线电台由硬件来主宰，而是由软件进行定义及控制。从某种意义上而言，软件无线电就是把数字信号处理技术运用到天线端的RF （射频）信号处理，也就是把宽带A/D与D/A转换器尽量靠近天线端得到使用，同时其各种功能与工作参数都能经由软件进行定义。它不仅操作方便灵活，且可对工作环境的变化与技术的发展作出更加快捷的响应。

三、软件无线电发射机系统的实现

1 设计方案

图1 发信机系统框图

图2 DSP与HSP50415接口电路

发信机系统框图如图1所示。设计方向是把终端传送的数据交给VC5509处理，加帧头、同步头等，然后发送HSP50415里，通过混频、插值到中频，再输出十二位模拟信号，经由专门的发信机最终发出去。用于完成信号的插值、调制功能是HSP50415芯片，而用于完成处理数字信号及控制功能的是VC5509芯片。

2 系统的工作原理

该系统设计采取矢量调制方式，由终端发出数据之后，通过串口发送到DSP进行接收。读取DSP后分I、Q两路交替，再送至HSP50415。HSP50415对数据串接收变换之后，分成I、Q两路并行，然后经由星座映射，整形滤波与内插之后，再把I、Q两路的数字基带信号移至中频里，其公式是：

Outpylt=Ik cos（ωot）±Qksin（ωot）

按调制理论可知，当k为基带输入信号，Q1为0时，即 Output=S（t）cos（ωot）,Ik=S（t）,这时Output即为DSP调制信号。当Qk是Ik的希尔伯特变换时，Output则获得SSB调制信号，“+”，“-”分别对应USB与LSB信号。之后，经X/sin（X）补偿滤波，12位的数模转换后送入发信机，最后输出。

3 本设计方案的实现

3.1 硬件电路图。上述已对发信机的方案设计与原理作了简述，而如下对该设计的硬件电路及其软件流程进行重点说明。下面图2所示为DSP和HSP50415的接口电路，采用2个片选，用于分别对HSP50415与向上变频芯片输送相关数据。经由微处理器接口选通CE2进行对HSP50415初始化。当完成初始化之后选通CE0，DSP每收到中断信号一个即执行中断程序，AWE与CE0相或得出HSP50415的数据时钟，上变频芯片会在DATACLK的上升沿采样数据，然后经由程序对XF引脚拉低或拉高进行控制采样的是I路或是Q路，其中断信号由2*SYMCLK引脚生成。

图3 发送数据流程图

3.2 软件流程。图3所示为发送数据流程图。在全部调试过程里，信号处理与软件控制中VC5509的发挥作用十分重要。对VC5509初始化，包括时钟模式寄存器CLKMD的设置，外部存储器接口EMIF，外部总线选取寄存器EBSEL等，然后中断向量表宜创建一个子文件加以存储。

对初始化的HSP50415即是进行对片内寄存器赋值，而片内有控制寄存器18个，能够按照需求写入。需要提醒的是整形滤波器的系数先由sire415.exe产生，72位的I、Q两路RAM，微处理器端口可一次性接收八位数据，需按资料的要求写入九次。

按上述方案可知，本设计出无线电发射机2FSK的调制方式时，数据传输率是0.8Mbps，QPSK的调制方式时，却为1.5Mbps的数据传输率。因本系统采取软件化的设计，所以能够按照用户的使用需求进行配置，而勿用对硬件加以更改，不但有利于升级换代系统，而且为用户降低了成本。

四、软件无线电发射机仿真系统

以下将创建一个发射机仿真系统，是在多相滤波器的实信号信道化的基础上进行创建，同时采取Matlab软件实行仿真，以便验证它的可行性。

1 多相滤波器的信道化发射机系统仿真

在对该仿真系统设计中，在划分信道数、信道频率与内插倍数中，它们之间有着密切的关联，所以应当综合考虑，同时采取快速傅立叶变换进行处理信号，使系统的工作效率不断得到提高，而仿真却采取Matlab软件中M文件进行实现。

2 仿真系统的结构

基于多相滤波器的8信道化发射机仿真结构。主要基本参数有:

信道数:8

调制模式:AM

图4 路信道化软件无线电发射机仿真结果

3 仿真系统的参数说明

3.1 信道数。信道化发射机重点应用于进行对某带宽内的全部信道发射的场合，故其信道数应当很大，但对计算机的运算能力有所考虑，信道数勿可设置偏大，且增加仿真系统中信道数量只会使计算负担得到增加，对验证系统的可行性作用不大。因信道化滤波器的首步运算为FFT2变换，故信道数是2的整数次幂为最好，如此能使工作效率得到提高，基于对上面的考虑，信道数可以设置为8。

3.2 波形调制。语音信号虽然它形象直观，但其时域波形与频谱均杂乱，反映数字信道的问题模糊不清，因此不进行选择语音信号。在信道衰减中AM调制表现较为敏感，本择取部分常见波形当作调制波形，这样能够易于对发射机的性能进行判断。

4 实验结果和分析

整个仿真程序主要如下：

I=8，=25kHz时的8个调幅（AM）信号的信道化发射机仿真结果如图4所示。

通过实验结果验证了其正确性与可行性。

本章对系统仿真的总体设计进行了讨论，主要达成了利用Matlab完成8信道信道化发射机系统仿真，该系统仿真可达到预期的效果。

结语

软件无线电已成为一个重要的研究方向，它是以开放体系结构作为基础，应用软件工程技术于硬件的平台上，具有很好的适应性与灵活性，它渐已成为现代无线通信的一项关键技术，其引领着无线通信领域向着更先进的方向发展。

[1]杨小牛，楼才义，徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2001.