無線電臺(tái)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究

吳 海

（國(guó)家新聞出版廣電總局871臺(tái)，海南東方572600）

隨著無線電臺(tái)技術(shù)的發(fā)展，特別是超大規(guī)模FPGA和微處理器的發(fā)展，使得無線電臺(tái)的更多功能可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)，從而使得無線電臺(tái)可以擺脫硬件布線的限制，開始朝軟件無線電臺(tái)方向發(fā)展。軟件無線電臺(tái)使用一種通用的硬件就可以實(shí)現(xiàn)不同用途的無線電臺(tái)，不僅簡(jiǎn)化了電臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)，同時(shí)也能夠促進(jìn)不同電臺(tái)之間的相互兼容和通信。

調(diào)制解調(diào)是電臺(tái)通信的基礎(chǔ)，因此也是軟件無線電臺(tái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵內(nèi)容。直接序列擴(kuò)頻／差分的多進(jìn)制相移鍵控（DS／DMPSK）是目前應(yīng)用較為廣泛的調(diào)制解調(diào)技術(shù)之一，具有保密性能好、抗干擾能力強(qiáng)、頻譜利用率高等特點(diǎn)。為此，本文也主要以DS／DMPSK為例，對(duì)軟件無線電臺(tái)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)進(jìn)行研究。

1 無線電臺(tái)調(diào)制技術(shù)

無線電臺(tái)DS／DMPSK調(diào)制技術(shù)的原理框圖如圖1所示。

（1）差分編碼

MPSK信號(hào)依靠載波的絕對(duì)相位來實(shí)現(xiàn)信息傳遞，在接收端解調(diào)時(shí)，由于不知道初始相位，從而導(dǎo)致相位模糊。因此，不能夠使用非相干的解調(diào)方法。

其中一種解決方法就是差分調(diào)制方法，即對(duì)系帶數(shù)據(jù)進(jìn)行差分編碼，用‘1’表示前后碼元變化，‘0’表示不變，差分編碼原理如圖2所示。

圖1 DS／DMPSK原理框圖

圖2 差分編碼原理圖

圖2 中，｛ɑn｝為編碼前的絕對(duì)碼，｛dn｝為編碼后的相對(duì)碼，差分編碼的數(shù)學(xué)模型如下所示：

（2）數(shù)據(jù)分路

在BPSK中，由1 bit基帶數(shù)據(jù)控制載波相位，2 bit和3 bit基帶數(shù)據(jù)控制8PSK和QPSK的載波相位。因此，在進(jìn)行調(diào)制時(shí)，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分錄，將8PSK分3路，QPSK分2路。分路之后的數(shù)據(jù)速率會(huì)降低，可以通過串并轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分路。

（3）正交平衡調(diào)制

正交平衡調(diào)制的目的是為了抑制載波，其原理如圖3所示，用I、Q兩路調(diào)制電壓分別與I、Q兩路正交載波相乘，然后通過累加求和來完成正交平衡調(diào)制。

圖3 正交平衡調(diào)制原理圖

如圖3所示，如果I、Q兩路的調(diào)制電壓平衡性交叉，那么就會(huì)導(dǎo)致載波抑制效果交叉和載波泄露現(xiàn)象。由于I、Q兩路的調(diào)制電壓平衡性與偽隨機(jī)碼的平衡性相關(guān)，因此在進(jìn)行正交平衡調(diào)制時(shí)，應(yīng)該選擇平衡性較好的偽隨機(jī)碼。

2 無線電臺(tái)解調(diào)技術(shù)

無線電臺(tái)DS／DMPSK解調(diào)原理設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 DS／DMPSK解調(diào)原理圖

CIC濾波器的幅頻特性如圖5所示。

圖5 CIC濾波器的幅頻特性圖

旁瓣比主瓣低13.46 dB，旁瓣抑制為Q×13.46 dB，當(dāng)Q＝5時(shí)，旁瓣抑制為67.3 dB，濾波前后的仿真圖如圖6（a）、（b）所示。

從圖5可以看出，CIC濾波器的零點(diǎn)帶寬為2π／D。單級(jí)CIC濾波器旁瓣比較大，可以采用多級(jí)級(jí)聯(lián)來降低CIC濾波器的旁瓣電平，采用Q級(jí)級(jí)聯(lián)的頻率響應(yīng)為：

圖6 濾波前后的仿真結(jié)果圖

（1）AGC自動(dòng)增益控制

無線電接收機(jī)在接收到中頻信號(hào)之后，需要進(jìn)行自動(dòng)增益控制，從而使得接收的數(shù)據(jù)幅度滿足進(jìn)一步處理的要求。進(jìn)行AGC處理的原因主要有如下兩點(diǎn)：

a.信號(hào)幅度要滿足ADC輸入電壓的要求，如果幅度太大，超過了ADC正常工作范圍，則無法實(shí)現(xiàn)正常采樣；如果太小，無法充分利用ADC性能，降低了采樣效果；

b.解擴(kuò)解調(diào)過程會(huì)產(chǎn)生跟中頻信號(hào)幅度的相關(guān)峰，如果信號(hào)幅度不穩(wěn)定，那么所產(chǎn)生的峰也不穩(wěn)定，容易導(dǎo)致判決錯(cuò)誤。

（2）CIC濾波

在自動(dòng)增益并進(jìn)行相關(guān)處理后的峰中，包含了大量的高頻分量。為了減少誤差，需要通過低通濾波來得到更加平坦的峰值。在無線電臺(tái)調(diào)制解調(diào)技術(shù)中就采用CIC積分濾波器進(jìn)行濾波。

CIC濾波器的沖擊響應(yīng)為：

CIC濾波器的頻率響應(yīng)為：

3 總 結(jié)

超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為無線電臺(tái)的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制解調(diào)，不僅可以降低無線電臺(tái)的建設(shè)成本，提高設(shè)備的可靠性，還可以融合各種調(diào)制解調(diào)技術(shù)，使得無線電臺(tái)調(diào)制解調(diào)技術(shù)適合各種調(diào)制體制，實(shí)現(xiàn)各種無線電臺(tái)的通信。

［1］ 郭黎利，齊 琳，王東凱.軟件無線電中基于譜相關(guān)理論的調(diào)制模式識(shí)別技術(shù)［J］.哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，（6）：4-7.

［2］ 李 楊，李國(guó)通，楊根慶.通信信號(hào)數(shù)字調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別算法研究［J］.電子與信息學(xué)報(bào).2005，（2）：83-84.

［3］ 高立輝，吳 楚，付文祥.通信信號(hào)數(shù)字調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別的特征矢量研究［J］.信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，（2）：52-56.