軟件無線電中上下變頻技術(shù)應(yīng)用研究

1、    軟件無線電中上下變頻技術(shù)應(yīng)用研究    李軍孝+申壯良【摘 要】隨著軟件無線電理論和應(yīng)用的日漸成熟，軟件無線電在全世界的各個領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注，在移動通信領(lǐng)域，軟件無線電已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，軟件無線電已成為未來通信技術(shù)發(fā)展的一個大方向。軟件無線電通信系統(tǒng)組成部分之一是數(shù)字信號處理部分，因得到的數(shù)字信號速率比較高，運算量難以滿足實際要求，因此對軟件無線電中上下變頻技術(shù)進行探討具有重要價值?！娟P(guān)鍵詞】軟件無線電；上下變頻技術(shù)；應(yīng)用研究引言：軟件無線電在民用無線通信領(lǐng)域方面有很強的需求。早在20世紀80年代我國引入模擬制tacs系統(tǒng)（1g），90年代初

2、引進數(shù)字制的gsm和cdma系統(tǒng)（2g），到現(xiàn)在使用的3g，在不久的將來又將步入4g時代。隨著通信服務(wù)質(zhì)量的日趨提高，通信系統(tǒng)的升級換代的速度是相當驚人的。如果現(xiàn)有的通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)硬件建立在軟件無線電原理的基礎(chǔ)上，那么隨著服務(wù)質(zhì)量和性能要求的不斷提高現(xiàn)在乃至將來系統(tǒng)在更新?lián)Q代的成本將會大幅度降低。一、軟件無線電概述目前軟件無線電通信系統(tǒng)主要包括模擬信號處理子系統(tǒng)和數(shù)字信號處理子系統(tǒng)兩部分。數(shù)字處理部分進一步分為高速中頻處理部分和基帶處理部分。從原理上來講，軟件無線電可以利用a/d轉(zhuǎn)換器將接收到的rf信號或者已經(jīng)下變頻至中頻（if）頻段的信號進行數(shù)字化處理，由于rf信號頻率很高，以奈奎斯特（ny

3、quist）頻率進行采樣是很困難的，所以目前的技術(shù)水平實現(xiàn)理想的軟件無線電有很大的難度。而帶通采樣定理能極大地降低所要求的采樣率，因此被應(yīng)用于a/d轉(zhuǎn)換的過程中。而軟件無線電系統(tǒng)中的數(shù)字上變頻和數(shù)字下變頻所要求的運算量很大，是系統(tǒng)實現(xiàn)中最困難的部分。因而研究數(shù)字上下變頻的關(guān)鍵技術(shù)具有十分重要的意義。二、上下變頻技術(shù)的理論技術(shù)分析軟件無線電技術(shù)主要以dac為載體，將數(shù)字部分、模擬部分連接為一體，但是dac器件的質(zhì)量、性能等，都會對軟件無線電的性能帶來很大影響。此外，因為軟件無線電工作頻帶比較寬，頻率比較頻繁的情況下，能夠進行多頻段采樣工作。采樣工作完成后，其獲得的離散序列要能夠準確回復(fù)最初的原始

4、模擬信號。因此采樣過程中需要嚴格遵守相關(guān)規(guī)律，即采樣定理。采樣定理一般包括以下2類：（一）低通采樣其內(nèi)容是一個連續(xù)信號m（t）在（0，fs）頻帶限制范圍內(nèi)，若實施等間隔采樣時，以不小于fs=2f（h）的采樣頻率進行，則x（t）就能夠被已經(jīng)獲得的采樣值完全確定。相反，若采樣率fs低于2f（h）恢復(fù)信號，便容易出現(xiàn)失真現(xiàn)象。軟件無線電關(guān)于低通采樣方法的應(yīng)用有嚴格要求，因此，低通采樣一般僅用在系統(tǒng)最高頻率比較低的情況下，如果采用相關(guān)技術(shù)將高頻轉(zhuǎn)化為低頻，就需要在天線和器件之間增設(shè)硬件設(shè)施，就完全違背了軟件無線設(shè)計的思想。（二）帶通采樣軟件無線電要符合低通采樣的相關(guān)標準，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率就應(yīng)該高于

5、被采樣信號最高頻率的2倍，目前已有的器件基本上無法滿足此要求，由于當前應(yīng)用的通信信號大部分是帶寬在幾兆赫茲的帶通信號，因此，帶通信號在其相關(guān)原理的指導(dǎo)下，采樣速率也不一定非要是最高頻率的2倍，即使采樣速率比較低，也能夠準確反映帶通信號的具體情況。三、軟件無線電中上下變頻技術(shù)的設(shè)計與實現(xiàn)（一）上變頻設(shè)計與實現(xiàn)在上變頻設(shè)計中，選擇adi公司生產(chǎn)的器件ad9826，ad9826是高性能混合信號前端處理器，在無線寬帶通信系統(tǒng)當中得到了十分廣泛的應(yīng)用，其發(fā)送通道具有良好的性能指標，并且包含可編程增益放大器、內(nèi)插濾波器、數(shù)字濾波器以及數(shù)字混頻器。一般來說，rom越大（從而可表示的相位數(shù)越多，幅度值越精確）

6、，數(shù)控振蕩器的頻譜也就越純。一個最基本的壓縮技術(shù)就是利用正弦函數(shù)的對稱性，只存儲p/2的幅值信息，然后根據(jù)控制電路按要求尋址和決定極性。在這以后，還有許多方法來壓縮這1/4周期的波形信號。不同的方法其壓縮率、硬件實現(xiàn)代價和性能都是不盡相同的。在此，本文介紹最簡單的利用對稱性的壓縮方法。利用正弦函數(shù)的對稱性，可以只需要存儲1/4周期的正弦信號幅值。查找表容量的減少需要增加額外的邏輯電路來輸出整個周期的波形。k比特的相位信息只用k-2比特來進行rom尋址，最高的2比特提取出來作為控制信息。第k-1位數(shù)據(jù)決定所在的相位是一、三象限還是二、四象限，0為一、三象限，1為二、四象限，當相位在二、四象限時對

7、rom尋址的地址需要進行變換。第k位（msb）決定輸出的正弦幅值的極性，0為正，1為負。（二）下變頻設(shè)計與實現(xiàn)數(shù)字下變頻設(shè)計的主要目的是把中頻信號逐漸轉(zhuǎn)化為基帶信號，并使數(shù)據(jù)傳輸速率符合usb2.0的要求，從而把數(shù)據(jù)傳輸給計算機，便于計算機進行數(shù)據(jù)處理操作，使軟件無線電的功能得到強化。其中nco能夠獲得數(shù)字本振信號，cic是低通濾波器組的第一級，主要由聯(lián)積分梳狀濾波器組成；hb是低通濾波器組第二級，主要由半帶濾波器組成；fir是沖激響應(yīng)濾波器，和脈沖響應(yīng)濾波器是互相匹配的。數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，使信號處理指標要求也逐漸提高，而信號處理工作量也逐漸增大，用不同采樣率進行處理或者轉(zhuǎn)化，可以有效節(jié)

8、省存儲空間，因此，進行多速率信號處理對系統(tǒng)設(shè)計具有重要作用，多速率濾波器主要包括cic、hb以及fir等，其主要特征是抽取、插值以及低通濾波，由于cic、hb的組織結(jié)構(gòu)比較簡單，性能好，且可操作性強，因此得到了比較廣泛的應(yīng)用。由于無線通信數(shù)據(jù)傳輸率逐漸在增加，而cic濾波器則得到了十分廣泛的應(yīng)用，因為此濾波器結(jié)構(gòu)比較簡單，適合用在采樣率比較高的環(huán)境下。四、結(jié)語無線通信在現(xiàn)代通信中占據(jù)著極其重要的位置，無線通信技術(shù)是當前發(fā)展最快的技術(shù)之一，各種全新的通信概念層出不窮，各種新體制及其關(guān)鍵技術(shù)層出不窮。被廣泛應(yīng)用于商業(yè)、氣象、軍事、民用等領(lǐng)域。而軟件無線電技術(shù)的主體思想是在一個具有開放性、標準化、模塊化的通用平臺上，通過加載不同的軟件來來實現(xiàn)不同的功能，以滿足各種通信系統(tǒng)之問互聯(lián)互通的要求。參考文獻：1張孝龍.基于fpga的軟件無線