基于軟件無線電中頻數(shù)字接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

中北大學(xué)信息探測(cè)與處理技術(shù)研究所 王 鵬 張林影 李 婷 潘燁陽

1.引言

軟件無線電提出了一種嶄新的設(shè)計(jì)、制造和使用無線通信系統(tǒng)與設(shè)備的思想，它擺脫了面向用途而完全依賴于硬件的傳統(tǒng)無線電設(shè)計(jì)思路，通過一種模塊化的通用硬件平臺(tái)，把系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)從長(zhǎng)期依賴于固定電路的方式中解放出來，利用軟件可編程、易修改和成本低（硬件投入少）的優(yōu)勢(shì)，把無線通信技術(shù)水平提升到一個(gè)新的高度。本文設(shè)計(jì)了一種基于軟件無線電中頻接收系統(tǒng)方案，并通過MATLAB軟件對(duì)其進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

2.軟件無線電基本結(jié)構(gòu)

軟件無線電的結(jié)構(gòu)基本上可以分為3種：射頻低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)、射頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)和寬帶中頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)。本文不對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)闡述，針對(duì)其所存在的不足之處，結(jié)合軟件無線電接收機(jī)的兩種數(shù)學(xué)模型，提出了一種可供實(shí)現(xiàn)的基于軟件無線電中頻接收系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)，如圖1.1所示。圖中虛線框內(nèi)的模塊即模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）模塊和數(shù)字下變頻（DDC）模塊為本文的主要設(shè)計(jì)部分。

圖1.1 基于軟件無線電中頻接收系統(tǒng)

3.軟件無線電中頻接收系統(tǒng)的MATLAB程序設(shè)計(jì)

模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作過程大致可以分為采樣、量化、編碼等三個(gè)環(huán)節(jié)。圖3.1是A/D轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì)流程圖，圖3.2是數(shù)字下變頻模塊程序設(shè)計(jì)流程圖。

圖3.1 A/D模塊程序設(shè)計(jì)流程圖

圖3.2 數(shù)字下變頻模塊程序設(shè)計(jì)流程圖

輸入信號(hào)是一個(gè)載頻為60MHz、帶寬為20MHz的帶通信號(hào)，如圖3.3所示。經(jīng)過自然采樣（采樣頻率為80MHz）后，對(duì)得到的信號(hào)進(jìn)行均勻量化，量化結(jié)果如圖3.4所示。最后對(duì)量化后得到的序列進(jìn)行pcm編碼，輸出編碼序列。

圖3.3 載頻為60MHz帶寬為20MHz的帶通信號(hào)頻譜圖

圖3.4 量化后得到的序列以及量化特性

圖3.5 下變頻后得到的信號(hào)頻譜

圖3.6 濾波后信號(hào)頻譜

數(shù)控振蕩器（NCO）的目標(biāo)就是產(chǎn)生一個(gè)理想的數(shù)字可控的正弦或余弦波。振蕩信號(hào)與經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)相乘，進(jìn)行下變頻處理，如圖3.5所示。信號(hào)經(jīng)混頻后，輸出到低通濾波器以濾除倍頻分量和帶外信號(hào)，經(jīng)濾波后得到的信號(hào)頻譜圖如圖3.6所示，另外，經(jīng)過低通濾波后的信號(hào)由于其數(shù)據(jù)流速很高，對(duì)后續(xù)的信號(hào)處理要求很高，這時(shí)就需要進(jìn)行降速處理，具體的方法即整倍數(shù)抽取，圖3.7顯示的就是經(jīng)過兩倍抽取后的得到的輸出信號(hào)。

圖3.7 兩倍抽取得到的信號(hào)頻譜

以圖3.7所示基本說明了此方案的可行性和合理性，并且在其它的軟件無線帶你結(jié)構(gòu)方面也進(jìn)一步的改進(jìn)，提升了系統(tǒng)的靈敏性。

4.小結(jié)

軟件無線電既是一種全新的理論與技術(shù)，也是一種先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路與方法，在新一代的無線系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本論文的主要工作是研究軟件無線電的基礎(chǔ)理論，設(shè)計(jì)基于軟件無線電的中頻接收系統(tǒng)，主要是對(duì)經(jīng)混頻后得到的中頻信號(hào)的處理，通過編寫軟件程序來實(shí)現(xiàn)硬件模塊功能，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）模塊以及數(shù)字下變頻器（DDC）模塊等，通過MATLAB編程實(shí)現(xiàn)了模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字下變頻器模塊的相關(guān)功能。

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