软件无线电发射机的实现与仿真

叶立芳++黄滔

摘 要：软件无线电的基本理念主要是将数字化处理单元尽量靠近于天线，并且该系统的每个功能在一个模块化的硬件通用平台中尽量由软件来定义。它是以当今通信理论作为基础，以微电子技术作为支撑，以处理数字信号作为核心的无线通信体系结构。

本文中笔者首先浅析了软件无线电的概念，然后对软件无线电发射机的基本理论进行了讨论，在该基础上对多相滤波器的信道化发射机系统仿真进行了深入研究，并验证了其正确性与可行性。

关键词：软件；无线电发射机；仿真

中图分类号：TN92 文献标识码：A

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

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。

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

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。

参考文献

[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.endprint

摘 要：软件无线电的基本理念主要是将数字化处理单元尽量靠近于天线，并且该系统的每个功能在一个模块化的硬件通用平台中尽量由软件来定义。它是以当今通信理论作为基础，以微电子技术作为支撑，以处理数字信号作为核心的无线通信体系结构。

本文中笔者首先浅析了软件无线电的概念，然后对软件无线电发射机的基本理论进行了讨论，在该基础上对多相滤波器的信道化发射机系统仿真进行了深入研究，并验证了其正确性与可行性。

关键词：软件；无线电发射机；仿真

中图分类号：TN92 文献标识码：A

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

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。

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

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。

参考文献

[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.endprint

摘 要：软件无线电的基本理念主要是将数字化处理单元尽量靠近于天线，并且该系统的每个功能在一个模块化的硬件通用平台中尽量由软件来定义。它是以当今通信理论作为基础，以微电子技术作为支撑，以处理数字信号作为核心的无线通信体系结构。

本文中笔者首先浅析了软件无线电的概念，然后对软件无线电发射机的基本理论进行了讨论，在该基础上对多相滤波器的信道化发射机系统仿真进行了深入研究，并验证了其正确性与可行性。

关键词：软件；无线电发射机；仿真

中图分类号：TN92 文献标识码：A

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

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。

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

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。

参考文献

[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.endprint