技校生學(xué)習(xí)軟件無(wú)線電的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：該文以軟件無(wú)線電思想為指導(dǎo)完成了軟件無(wú)線電硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)，并在此硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了調(diào)制解調(diào)方式。該平臺(tái)核心處理器DSP是以TI公司的芯片TMS320VC5509A為核心部分進(jìn)行信號(hào)的處理用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的調(diào)制解調(diào)，在外圍電路上擴(kuò)展了USB接口、語(yǔ)音信號(hào)處理、ADC、DAC芯片，同時(shí)用CPLD來(lái)構(gòu)成邏輯控制模塊，本系統(tǒng)具有強(qiáng)大數(shù)字信號(hào)處理能力，具有較強(qiáng)的通用性、靈活性。

關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線電 DSP 數(shù)據(jù)信號(hào)處理

中圖分類號(hào)：TN919 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）02（b）-0010-01

企業(yè)和社會(huì)對(duì)技校學(xué)生（技工）要求越來(lái)越高，掌握無(wú)線電設(shè)計(jì)可以綜合的提升學(xué)生綜合知識(shí)能力，是學(xué)生應(yīng)該掌握的一項(xiàng)課程，特此為技校生設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)軟件無(wú)線電系統(tǒng)一套。軟件無(wú)線電的基本思想是建造一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺(tái)并且使ADC和DAC轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線（使得系統(tǒng)具有很高的機(jī)動(dòng)性，很好的與其他外圍器件進(jìn)行溝通），通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電的各種功能，如：通信協(xié)議、工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型等。其核心是把硬件作為無(wú)線通信的基本平臺(tái)，把盡可能多的通信功能用軟件實(shí)現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，軟件無(wú)線電系統(tǒng)應(yīng)該具有較強(qiáng)的靈活性，通過(guò)軟件的更新、加載、增加新功能，都可以輕易的實(shí)現(xiàn)。

1.軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用射頻直接帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)的軟件無(wú)線電的就是把射頻全寬帶低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)的軟件無(wú)線電的模數(shù)轉(zhuǎn)換器前，使用了相對(duì)較窄帶寬的電調(diào)濾波器。然后，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要的帶寬進(jìn)行采樣。這樣降低了射頻直接帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)的軟件無(wú)線電對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣速率要求，同樣也大幅度降低了對(duì)DSP處理信號(hào)的速度。但是在實(shí)際制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率要求還是較高的。

2.軟件無(wú)線關(guān)鍵技術(shù)

近年來(lái)對(duì)軟件無(wú)線電技術(shù)的掌握有了很大的進(jìn)步，但其中還有一些關(guān)鍵技術(shù)尚未得到很好的解決。這些技術(shù)包括高速A/D、DSP數(shù)字處理、射頻前端、天線技術(shù)等問題，可以說(shuō)這些技術(shù)決定著軟件無(wú)線電的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)。隨著為電子技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也出現(xiàn)了一些新的發(fā)展趨勢(shì)。

2.1天線技術(shù)

我們通常使用的天線只能接收發(fā)射特定的頻段信號(hào)——工作在特定頻段，而理想軟件無(wú)線電的天線在理論上是能覆蓋全部頻段的。寬帶天線技術(shù)是現(xiàn)在技術(shù)水平無(wú)法達(dá)到的，但是，它卻是是最適合解決理想軟件無(wú)線電的天線技術(shù)的方案。為了軟件無(wú)線電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，可采用多頻天線的方法去實(shí)現(xiàn)。它使得天線不必覆蓋所有頻段，利用軟件無(wú)線電的可編程特性，只要覆蓋不同頻率的幾個(gè)窗口。智能天線在軟件無(wú)線電的發(fā)展過(guò)程中起到了一定的推動(dòng)作用，智能天線是軟件無(wú)線電技術(shù)和固定天線技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，同時(shí)軟件無(wú)線電也為智能天線的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展提供了可行的平臺(tái)。

2.2ADC和DAC轉(zhuǎn)換技術(shù)

ADC和DAC轉(zhuǎn)換裝置在軟件無(wú)線電中起著最關(guān)鍵的作用，可以說(shuō)軟件無(wú)線電的核心就是它，軟件無(wú)線電的軟件化程度就是由它反映出來(lái)。其中ADC的性能怎么樣更是制約著軟件無(wú)線電整體性能的提高，DSP的處理速度和處理方式直接受它影響。輸入信號(hào)頻率范圍可以從是1GHz到5GHz。但是，當(dāng)前的技術(shù)水平是很難達(dá)到這些技術(shù)要求。單對(duì)性能指標(biāo)要求：為了在信號(hào)恢復(fù)時(shí)減小失真，要求ADC有較高的分辨率和采樣率，一般采樣精度必須在100-120dB范圍內(nèi)。另外，還要求大的線性動(dòng)態(tài)范圍，一般要求軟件無(wú)線電的ADC變換器的動(dòng)態(tài)范圍是16到20位之間，從而減少互調(diào)失真，使軟件無(wú)線電能夠從強(qiáng)干擾信號(hào)中檢測(cè)出微弱的有用信號(hào)?，F(xiàn)有的ADC還無(wú)法滿足軟件無(wú)線電的整體性能需求。為了組建系統(tǒng)并使系統(tǒng)達(dá)到要求，可以使多個(gè)ADC進(jìn)行并聯(lián)的方法。

2.3數(shù)據(jù)信號(hào)處理

軟件無(wú)線電的數(shù)據(jù)處理核心是DSP，它是軟件無(wú)線電的核心部件之一，同時(shí)也是一個(gè)主要瓶頸。其數(shù)據(jù)處理速度和精度是限制并直接影響軟件無(wú)線電的關(guān)鍵問題。信號(hào)的調(diào)制解調(diào)和數(shù)字語(yǔ)音的編碼，都可以用單個(gè)DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果單個(gè)DSP處理數(shù)據(jù)的能力達(dá)不到要求時(shí)，可采使用多個(gè)DSP芯片并行來(lái)提高運(yùn)算處理能力。進(jìn)入21世紀(jì)，DSP在各方面性能都有了質(zhì)的飛躍，例如TI公司在2001年推出了主頻600 mHz的C64系列。2003年推出的TS201：處理能力為3.6GILOPS，主頻可達(dá)到600 mHz，是處理能力很強(qiáng)的浮點(diǎn)DSP之一。TI公司于04年生產(chǎn)的TMS320C6416，其速度能達(dá)到1.1GHz，它是目前少數(shù)突破1GHZ的DSP之一。

3.硬件搭接

本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖見圖1。它是一個(gè)最小化的軟件無(wú)線電系統(tǒng)，僅僅實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電的最基本的功能，而且為了說(shuō)明軟件無(wú)線電的主體功能和保障論述和閱讀的方便性，在框圖中，把ADC和DAC轉(zhuǎn)換的品振和電源部分全部省略，為DSP提供能量的電源芯片也省略不提。本圖只把信號(hào)的流程和主要功能體現(xiàn)出來(lái)。

4.調(diào)制解調(diào)

軟件無(wú)線電中實(shí)現(xiàn)各種調(diào)制信號(hào)的作法跟常規(guī)方法是不同的，它是以一個(gè)通用的數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)為基礎(chǔ)的。軟件無(wú)線電中，其所需的調(diào)制解調(diào)方式都是通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不存在像過(guò)去的那種普通無(wú)線電。如果要實(shí)現(xiàn)一種甚至多種的調(diào)制解調(diào)信號(hào)在無(wú)線電中同時(shí)存在，不但意味著無(wú)線電的設(shè)計(jì)會(huì)十分繁瑣，設(shè)備的重量會(huì)很重而且體積也會(huì)超大，非常不利于攜帶?，F(xiàn)在的軟件無(wú)線電是利用已經(jīng)編好的程序塊來(lái)進(jìn)行相應(yīng)頻率信號(hào)的調(diào)制解調(diào)，采用這種方式就可以解決以往普通無(wú)線電的升級(jí)和增加新功能十分困難的問題。這樣，軟件無(wú)線電對(duì)比普通無(wú)線電就具有更高的利用價(jià)值，可以輕易升級(jí)，并且降低生產(chǎn)成本，使用周期長(zhǎng)在當(dāng)今的通信領(lǐng)域中，通信信號(hào)的種類如過(guò)江之鯽。但是，各種各樣的通信信號(hào)從理論角度上講都可以通過(guò)正交調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5.結(jié)語(yǔ)

軟件無(wú)線電本身雖然涉及相關(guān)知識(shí)很多，設(shè)計(jì)和安裝有一定難度。但是，軟件無(wú)線電是無(wú)線電技術(shù)未來(lái)發(fā)展的方向，一定會(huì)大幅度的改善人們的生活。