基于DSP的軟件無(wú)線電基頻發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)

引言軟件無(wú)線電突破了傳統(tǒng)的無(wú)線電臺(tái)以功能單一、可擴(kuò)展性差的硬件為核心的設(shè)計(jì)局限，

強(qiáng)調(diào)以開(kāi)放性最簡(jiǎn)硬件為通用平臺(tái)，盡可能地使用可升級(jí)、可重配置的應(yīng)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)各種

無(wú)線電功能。用戶(hù)在同一硬件平臺(tái)上可以通過(guò)配置不同的應(yīng)用軟件來(lái)滿(mǎn)足不同時(shí)間、不同環(huán)

境下的不同功能需求，具有很強(qiáng)的靈活性和開(kāi)放性。數(shù)字信號(hào)處理器憑著靈活性、精確性、穩(wěn)定性、可重復(fù)性、體積小、功耗小、易于大規(guī)模集成，特別是可編程性和易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)處理等特點(diǎn)，給數(shù)字信號(hào)處理帶來(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，用實(shí)現(xiàn)基于軟件無(wú)線電技術(shù)的基頻發(fā)射機(jī)，不僅降低了產(chǎn)品的成本，減小了設(shè)備體積，滿(mǎn)足系統(tǒng)的需要，而且隨著處理速度的不斷提高，可將內(nèi)插等復(fù)雜運(yùn)算集成到中，完全由軟件實(shí)現(xiàn)，比現(xiàn)有的單芯片發(fā)射機(jī)具有更大的靈活性和可控性。在資源充足條件下，可以實(shí)現(xiàn)多通道信道化。理論基礎(chǔ)正交變換理論正交變換分解在信號(hào)處理中有著極其重要的作用，是軟件無(wú)線電的基礎(chǔ)理論之一。由于希爾伯特 變換可以提供90°的相位變化而不改變頻譜分量的幅度，即對(duì)信號(hào)進(jìn)行希爾伯特變換就相當(dāng)于對(duì)該信號(hào)進(jìn)行正交移相，使它成為自身的正交對(duì)。實(shí)信號(hào) 的希爾伯特變換定義為 與/n的卷積，表示為:-.1(￡)—=ttZ在 中處理的是離散的數(shù)字信號(hào)，由此離散希爾伯特變換中的 可以表示為:則離散信號(hào) 的離散希爾伯特變換可以表示為:由此可見(jiàn)，離散希爾伯特變換器可以由 有限沖擊響應(yīng)濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以用窗口法來(lái)設(shè)計(jì) 濾波器實(shí)現(xiàn)希爾伯特變換。利用矩形窗設(shè)計(jì)的階濾波器幅頻響應(yīng)如圖-Si-llIU心一化糖率 希*俏特變換幅度咽底-Si-llIU心一化糖率 希*俏特變換幅度咽底 希爾伯特堡換相位響應(yīng)所示。在?55Q希爾的把之女於叫幅處丁.皮但要注意的是，利用濾波器實(shí)現(xiàn)希爾伯特變換將會(huì)使輸出信號(hào)延遲/為濾波

器系數(shù)長(zhǎng)度，而且輸出信號(hào)的前個(gè)數(shù)據(jù)和最后個(gè)數(shù)據(jù)也是不對(duì)的，因?yàn)榇藭r(shí)輸入數(shù)據(jù)

已經(jīng)為0。2內(nèi)插理論所謂整數(shù)倍內(nèi)插是指在兩個(gè)原始采樣點(diǎn)之間插入 個(gè)零值，若設(shè)原始采樣序列為n則內(nèi)插后的序列表示為:n則內(nèi)插后的序列表示為:內(nèi)插過(guò)程如圖所示，其為 倍的內(nèi)插，可見(jiàn)圖 中每個(gè)原抽樣點(diǎn)之問(wèn)插入了個(gè)零值。內(nèi)插后的信號(hào)頻譜為原始序列譜經(jīng)倍壓縮后得到的譜。因此，要恢復(fù)原始頻譜，必須對(duì)內(nèi)插后的信號(hào)進(jìn)行低通濾波濾波器帶寬為n/。經(jīng)過(guò)低通濾波后的波形如圖所示?？梢?jiàn)，原來(lái)插入的零值點(diǎn)變?yōu)榈臏?zhǔn)確值，經(jīng)過(guò)內(nèi)插大大提高了時(shí)域分辨率。@23倍內(nèi)插過(guò)程基頻發(fā)射機(jī)的仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)1基頻發(fā)射機(jī)的模型給定一種調(diào)制方式，就可以計(jì)算出與其相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)正交分量。一般情況下，基頻發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)的采樣率要大于最高載頻的2倍以上，但基帶正交信號(hào)的采樣率并不需要如此高速的數(shù)據(jù)流，只要輸出大于倍信號(hào)帶寬的數(shù)據(jù)流就可以，否則將會(huì)對(duì) 處理速度提出過(guò)高的要求。但是，為了使產(chǎn)生的基帶信號(hào)與后邊的采樣速率相匹配，在進(jìn)行正交調(diào)制（與兩

個(gè)正交本振混頻）之前必須通過(guò)內(nèi)插把低數(shù)據(jù)率的基帶信號(hào)提升到最終采樣頻率上。因此，

適應(yīng)于各種調(diào)制方式的基頻發(fā)射機(jī)模型如圖3所示?；鶐д恍盘?hào)產(chǎn)生基帶正交信號(hào)產(chǎn)生圖3基于內(nèi)插的基頻發(fā)射機(jī)模型2基頻發(fā)射機(jī)的仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)假設(shè)輸入信號(hào)為語(yǔ)音信號(hào)，基帶信號(hào)的帶寬為 ，對(duì)其進(jìn)行頻率為的采樣并進(jìn)行正交化?；祛l頻率 ，對(duì)n與n 的采樣率為H因此內(nèi)插比 / ,為了減少內(nèi)插抗混疊濾波器的系數(shù)長(zhǎng)度，減小抗混疊濾波器的實(shí)現(xiàn)難度，采用級(jí)內(nèi)插實(shí)現(xiàn)，第級(jí)實(shí)現(xiàn) 倍內(nèi)插，第級(jí)實(shí)現(xiàn)倍內(nèi)插。內(nèi)插抗混疊濾波器采用凱撒窗的 濾波器實(shí)現(xiàn)，其中666 ,分兩級(jí)實(shí)現(xiàn)后，每一級(jí)6 6 0這樣大大簡(jiǎn)化了抗混疊濾波器的結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖所示。圖4圖4基頻發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果及分析基頻發(fā)射機(jī)的仿真結(jié)果如圖5基頻發(fā)射機(jī)的仿真結(jié)果如圖5所示?；l發(fā)射機(jī)的仿真實(shí)現(xiàn)是利用公司推出的一集成軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行的，在 中配置為 0 是公司在基礎(chǔ)上新近推出的 系列新一代浮點(diǎn) 芯片，它可以在 的時(shí)鐘頻率下實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)條指令每秒/ 百萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算每秒的定點(diǎn)和浮點(diǎn)運(yùn)算，可以滿(mǎn)足高速數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)處理速度的要求。為了方便驗(yàn)證 仿真實(shí)現(xiàn)的正確性，取輸入信號(hào)為 的單頻余弦信號(hào)，如圖所示；經(jīng)正交變換后為同頻的正弦信號(hào)，如圖 所示；經(jīng)基頻發(fā)射機(jī)調(diào)制后，輸出結(jié)果相當(dāng)于單邊帶調(diào)制，為單頻 的余弦信號(hào)，如圖 所示，其頻譜如圖 所示，可見(jiàn)實(shí)現(xiàn)結(jié)果正確。4結(jié)束語(yǔ)本文對(duì)單信道的基頻發(fā)射機(jī)進(jìn)行了 仿真實(shí)現(xiàn)，證明基于軟件無(wú)線電技術(shù)和 實(shí)現(xiàn)基頻發(fā)射機(jī)具有更