《2022年软件无线电调制解调算法及调制样式识别算法研究报告 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年软件无线电调制解调算法及调制样式识别算法研究报告 .pdf（12页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、个人资料整理仅限学习使用本文由 qing_1001 贡献 pdf文档可能在WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT ，或下载源文件到本机查看。哈尔滨工程大学硕士学位论文基于软件无线电的调制解调算法及调制样式识别算法的研究姓名：王萍萍申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：郭黎利 20040201哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要软伺一无线电是在世纪年代初提出来的一种新的无线通信体系结构。它的基本思想是以一个通用、标准、模块化的可编程硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线通信的各种功能，这样，通过软件的增加、修改或升级就可以方便地实现新的功能。本文首先对无线通信功能中的调制解调部分的软件
2、算法进行了研究，由于各种软件编程是为平台的编程提供算法模型，所以，在软件编程的过程中要考虑硬件的可实现性，也就是要寻找节省硬件运算量的软件算法，本文对运算量很大的上下变频算法部分的软件实现问题进行了深入的研究，通过理论分析推导，得出了节省运算量的软件上下变频算法，同时，结合、这几种调制样式信号的不同特点，提出了不同的软件实现算法；要解决不同调制样式信号间的互通问题，必须在接收端能够识别出信号的调制样式，然后根据调制样式，自动地调用相应的解调算法进行解调，本文基于决策理论算法，设计了上述六种调制样式信号自动识别的流程图，提出了将该决策算法应用于软件无线电接收机中的方法，并在应用时对该算法进行了改
3、进；最后，本文以的多通道缓冲串口、位的串行器件和器件为核心，设计了一个调制部分的硬件平台，在此平台上实现了调制，对于其他调制类型，也可根据相应的软件算法通过硬件编程在此平台上实现。关键词：软件无线电；上下变频算法；基带调制解调；调制样式识别；哈尔滨工程大学硕士学位论文；目口；口目； ） ，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 12 页个人资料整理仅限学习使用，）、 ，、：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 12 页个人资料整理仅限学习使用，哈尔滨工程大学硕士
4、学位论文，哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者 签字）：互本秘日期：？年二月日哈尔滨工程大学硕士学位论文第章绪论软件无线电的概念在无线通信系统从模拟技术转向数字技术的过程中，越来越多的系统功能由软件实现，逐渐演变出软件无线电的概念。所谓软件无线电，简称），就是采用数字信号处理
5、技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来实现无线电台的各部分功能：包括前端接收、中频处理以及信号的基带处理等等。即整个无线电台从高频、中频、基带直到控制协议部分全部由软件编程来完成。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带的“数字模拟”转换器，尽早地完成信号的数字化，从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。这种电台就是可用软件控制和再定义的电台。选用不同的软件模块就可以实现不同的功能，而且软件可以升级更新，其硬件也可以像计算机一样不断地升级换代。由于软件无线电的各种功能都是用软件实现的，如果要实现新的业务或调制方式只要增加一个新的软件模块即可。同时，由于它能形成各种调制波形和
6、通信协议，故还可与旧体制的各种电台通信，大大延长了电台的使用周期，也节约了开支。有些人也把软件无线电称为“超级计算机”。总之，软件无线电是一种基于数字信号处理 ）芯片，以软件为核心的崭新的无线通信体系结构。软件无线电的应用软件无线电这一概念是年公司的在美国电信系统会议上正式明确提出的。它以其很强的灵活性和较强的开放性特点引起了世界各国和大的通信公司的广泛研究与关注，最终，使这个最初只为解决三军联合作战时军事通信互联互通问题而提出的概念，发展成为现代移动通信特别是第三代移动通信的基石。软件无线电最初起源于军事通信，是美军为了解决海湾战争中多国部队哈尔滨工程大学硕士学位论文各军种进行联合作战时所遇
7、到的互通互联互操作问题而提出的一个新概念。因为以往的军事通信装备无论是工作频段，还是信息传输格式或者是通信体制陆、海、窄二军均各自为政，互不兼容，导致在联台作战时各军种之间无法进行快速沟通、互相传递信息情报，结果是名义上的联合作战，而实际上只是各军种的简单参与，完全形成不了真正意义上的“联合”。就工作频段而言，陆军主要工作在，空军主要工作在，而海军主要以短波）为主。这样的频段划分虽然解决了三军间的相互干扰问题，但三军联合作战的互联互通互操作问题却还很难解决。特别是海湾战争充分暴露了军事通信互通性差、反应速度慢、带宽太窄、速率太低等一系列影响联合作战的关键技术问题。美国的“易通话”）计划就在这种
8、情况下启动了，该计划的最终目的是开发一科，能适应联合作战要求的三军统一的多频段、多模式电台即 ）电台。该计划已经通过了研究论证阶段、样机开发阶段，并进行了靶场澳小验止，现在装备的研制和采购阶段也即将完成，计划将在今年装备部队。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 12 页个人资料整理仅限学习使用在个人移动通信领域，移动通信的发展已经从第一代模拟移动通信系统发展到第二代数字蜂窝移动通信系统、），目前正在向第三代移动通信系统）发展。未来个人移动通信所要达到的目标是：任何人在任何时间、任何地点都可以和其他任何人进行任何种类话音、数捌
9、、图像等）的通信。越来越大的通信需求，方面使通信产品的生存周期缩短，开发费用上升；另一方面，新老体制通信共存，各种通信系统之间的互联变得更加复杂和困难，所以寻求一种既能满足新一代移动通信需求，又能兼容旧体制，而且更具有扩展能力的新的个人移动通信体系结构成为人们努力的方向。而软件无线电正好提供了解决这一问题的技术途径，它将使技术研究开发方、设备制造商、电信运营商、以及每个无线通信最终用户都从中受益，因此，软件无线电技术成为第三代移动通信的研究热点，很多国家和地区都为此投入了大量的人力物力。软件无线电的关键技术哈尔滨工程大学硕士学位论文软件无线电就是要构造一个通用的、可编程的，以数字信号处理器件为
10、上的硬件平台，通过在该平台上运行不同的软件模块，来实现无线通信电台的所有功能。它的典型硬件平台结构如图所示。图软件无线电典型硬件平台它主要由天线、宽带射频前端、宽带、转换器、高速数字信号处理部分等组成，各部分之间通过开放式总线结构连接起来，其关键技术有以下几个方面：多频段天线部分软件无线电台要求能够从短波到微波相当宽的频段内进行工作，所配备的天线要能覆盖所有工作频段，并能用程序控制的方法对功能参数进行设置，使硬件平台能在多个频段上工作以实现互联互通，而且每个频段的特性要均匀，以满足各种业务的要求。为便于实现，可以在全频段或每个频段上使用多个天线，并采用智能化天线技术。射频处理部分射频处理部分必
11、须能工作在较宽的频率范围，主要完成宽带低噪声放大 ）、滤波、自动增盏控制以及输出功率的产生等功能。由于当前、器件的限制，数字处理部分还不能直接在颧率很高的射频频段进行，所以，这部分还具有将射频信号转换为标准中频信号的功能，即将射频信号经过一次或两次混频后，得到几十的中频段信号。这一部分的功能目前只能依靠传统高频模拟器件组成的硬件设备来实现。但随着高速、器件的发展，数字信号处理部分会越来越靠近天线，从而实现真正意义上的软件无线电。宽带、部分这一部分的和器件的主要指标有采样速率和采样精度。采样述率要信弓带宽决定，因为软件无线电系统的接收信号带宽较宽，而采样速率一般要求大于信号带宽的倍，因此，采样速
12、率较高；采样精度在啥尔滨工程大学硕士学位论文的动态范围要求下不能低于位。除了进一步提高器件性能外，还可采取多个并联使用的方法。数字信号处理部分这一部分主要是利用高速的数字信号处理器完成中频采样之后的所有数字运算，它包括中频处理、基带处理、比特流处理等部分。对接收来说，进行中频处理的信号是系统的整个频段，包含有多路信道，而对个通信用户而言，只占用其中的一个很窄的信道。中频处理就是要提取出一个特定的信道，并将信号转换为基带。这需要频率变换、滤波、二次采样等工作，为了进行很好的滤波处理，每个采样点需进行次操作，对采样速率为的系统来说，就需要的运算能力，如此大的运算量是目前通用的芯片所无法承受的，所以
13、，这部分处理运算都交由特定下变频 ）芯片来完成。同样在发送时，使用上变频器）。基带处理和比特流处理由芯片来实现，它主要完成凋制解调、编码解码、交织解交织、信道均衡、定时、同步、加密解密等功能。这部分的复杂程度和运算量主要取决于实现上述功能的方式和算法，由于目前芯片的限制，广泛使用多个并行实现技术。开放式的总线结构上面提到，软件无线电就是要建立通用的硬件平台，通过加载不同的软精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 12 页个人资料整理仅限学习使用件柬实现无线通信功能的一种开放式体系结构。这种开放性主要体现在软件无线电所采用的开放的
14、标准化总线结构上，只有采用先进的标准化总线结构，软件无线电才能发挥其适应性广、升级换代方便的特点。在当前的研究和实验中，一般采用双总线结构：控制总线和高速数据总线。控制总线中首选总线，这种总线是一种能支持多机并行处理的高性能总线。高速数据总线结构是软件无线电体系结构的关键，目前还没有形成统一的标准，这项研究正在进行中。课题的背景和主要工作简介本课题来源于有关高性能通用平台、多信道互通技术的国防研究项目，目的之一是实现具有多种调制样式的软件无线电台之间的互联互通。木哈尔滨工稃人学硕士学位论文课题的主要任务是进行其中的调制解调算法、调制样式识别算法以及基于的调制部分硬件平台的研究。软件无线电优于传
15、统的无线电，关键在于系统结构的软件化，它的最终目的就是使通信系统摆脱硬件结构的束缚，可以说，功能的软件化是软件无线电最基本的特征，它势必要求减少功能单一、灵活性差的硬件电路，尤其是要减少模拟环节，把数字化处理、）尽量靠近射频天线，使数字信号在数字信号处理器件中的软件算法作用下，实现各种通信功能。软件算法是软件电台的“灵魂”，是软件无线电研究的核心部分，而且，受当前微电子技术发展和高性能天线技术的限制，现有的器件，如、器件，器件的性能指标远远不能达到软件无线电的设计要求，所以，各种通信功能如何用软件去实现，以及如何在现有的技术条件下，最大程度地实现软件无线电的性能要求，是当前研究的重点。现有的调
16、制方式种类繁多；如果按照常规的方法，产生每一种调制信号就需要一个硬件电路，甚至一个模块，那么要使一部通信机中产生几种、十几种通信信号，其电路就会极其复杂，体积重量都会很大。如果要增加种新的调制方式就非常困难。而在软件无线电中，各种调制信号的产生都是建立在一个通用的硬件平台之上的，调制方式是通过软件来定义，“生的，要产生某一种调制信号只需调用相应的软件模块即可，如要增加调制方式，只需编写新的软件再下载进去，而不需要对硬件进行改动。解调部分也是如此，对于不同的调制信号，调用不同的解调软件模块，从而，使通信系统摆脱硬件的束缚。以往的通信电台或系统由于调制样式单一，通信双方一旦开机，就是在某一预先已知
17、的调制方式上守侯，不需要进行调制样式的识别。而软件无线电台由于它所特有的多频段、多功能、多体制特性，使得通信双方无法在某一特定的调制方式上守侯，除非事先约定。所以，存对接收信号进行解调之前，必须知道所接收的信号属于哪种调制方式，它是无线电台之间实现互通的前提。调制样式的自动识别是软件无线电台必须具备的功能。本论文基于软件无线电理论，进行的主要工作如下：、研究了软件无线电中的调制算法，主要包括基带正交信号的产生和上变频算法两大部分。其中，上变频算法是关键，它是数字处理中运算量最大哈尔滨工程大学硕士学位论文的部分，本文通过对内插理论的分析，得出了内插器的高效结构，并以此为基础，提出了节省计算量的上
18、变频算法。同时，本文对、）、这五种调制样式信号的数字化调制算法分别进行了讨论与仿真。、研究了软件无线电中的解调算法。本文从数字信号的正交变换理论出发，得出了通用】交解调模型，并以此为基础，推导出了节省硬件运算量的软件下变频算法，继而形成了节省运算量的正交解调模型，同时，本文利用该模型对上面提到的五种调制样式信号的数字化解调算法的实现分别进行了讨论与仿真。、研究了卜述几种调制信号在软件无线电接收机中的识别问题。本文基于对决策理论算法的分析，设计了、这六种调制样式信号自动识别的流程图，并且，提出了一种将该决策算法应用于软件无线电接收机中的方法，同时，对该算法进行了改进，并通过大量仿真确定判决门限，
19、最后，给出了信道噪声为高斯白噪声情况时，不同信噪比下识别的丁确概率情况。、设计制作了一个基于、的通用。硬件平台，此平台由的多通道缓冲串口）与位的串行、相连，并辅以一定的外围电路构成。经过软硬件调试，在该平台上实现了信号，虽然只做了一种调制方式，但其完全通过软件编程实现，验证了平台的通用性。哈尔滨工程大学硕士学位论文第章软件无线电的结构形式精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 12 页个人资料整理仅限学习使用引言软件无线电的宗旨就是尽可能的简化射频模拟前端，使转换尽可能地靠近天线去完成模拟信号的数字化，而且数字化后的信号要尽可能
20、多地用软件来进行处理，实现各种功能和指标。软件无线电主要由三大部分组成，即射频处理 含天线）前端用于射频信号变换），高速模数数模转换器、）以及数字信号处理单元）等三大部分，如图所示。在这三大部分巾，、起着关键的作用，不同的采样方式将决定射频处理前端的组成结构，也影响其后数字信号处理）的处理方式和对处理速度的不同要求，而且的性能如何也将制约着整个软件无线电性能的提高。对于射频信号的采样数字化可以有两种方法，一是基于定理的低通采样；二是带通采样。而带通采样又可以有两种方式实现，即射频直接带通采样和中频带通采样。对应这三种采样方式，软件无线电的组成结构也有三种：射频全宽开低通采样软件无线电结构、射频
21、直接带通采样软件无线电结构和宽带中频带通采样软件无线电结构。图软件无线电的三大组成部分射频全宽开低通采样软件无线电结构射频全宽开低通采样软件无线电的组成结构图所示。哈尔滨二程大学硕士学位论文超高速 较件）图射频全宽开低通采样软件无线电结构在图中，厶。、厶。分别为所要求的最低和最高工作频率，一般要求，。，。），根据采样定理，则其采样频率，应满足：工。如果考虑到前置超宽带滤波器的矩形系数，则要求正厂。 ） ）例如，当，。，时，六：。如此高采样速率的、以目前的技术水平是无法实现的，而且，如此之大的数据速率对也提出了过高的要求，所以，这种射频全宽开的低通采样软件无线电结构一一般只适用于工作带宽不是非常
22、宽的场合，例如短波频段 ）或者超短波频段 ），尤其是短波频段，根据目前器件的水平采用这种低通采样软件无线电来实现是有可能的。基于低通采样的短波软件无线电组成结构如图所示，图中的采样频率取值范围为埘，一，这丰要取决于前置滤波器的矩形系数，滤波器的矩形系数越小，对应的采样频率就可以选得越低，这样有利于转换器的实现，同时也可以减轻后续的负担，所以，前置宽带滤波器是软件无线电的关键部件之坏对整个软件无线电的实现将起到决定性作用。，它的性能好 软件）图短波低通采样软件无线电结构哈尔滨工程大学硕士学位论文射频直接带通采样软件无线电结构射频直接带通采样软件无线电的组成结构如图所示，这种结构所基于的采样定理是
23、射频直接带通采样原理，这种带通采样除了需要一个主采样频率工以外，还需个“盲区”采样频率厶，埘，），的值由卜式决定：胛型） ，式中，肼】表示为大于等于的最小整数，。为最高工作频率。 软件）图射频直接带通采样软件无线电结构这种结构的特点是对的采样速率要求并不高，而且整个前端接收通带并不是全宽开的，而是先由窄带电调滤波器选择所需的信号，然后进行放大，再进行带通采样，这精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 12 页个人资料整理仅限学习使用显然有助于提高接收通道信噪比，也有利于改善动态范围，它对的要求是有足够高的工作带宽，或者说中采样保
24、持器件以及放大器的性能要高。图与图比较可见，两者的最大不同点是前置滤波器的差异，前者采用了窄带电调滤波器，后者为宽带滤波器；另外就是的采样速率不一样，前者为中高速采样，以内），而后者为超高速采样，取决于工作频率。最后就是对的处理要求不一样，前者要求低，后者要求高，如果要求工作带宽很宽，后者往往是无法实现的。前者的结构实现起来要容易的多，可行的多，这种结构将会成为未来软件无线电的发展主流。尽管图所示的射频直接带通采样软件无线电其实现性较强，可能达到的性能也比较高，但无论是前置窄带电调滤波器还是高工作带宽的实现起来还是很有难度的，另外射频直接带通采样软件无线电结构的另一缺陷是需要多个采样频率，增加
25、了系统的复杂度。为了避免这些困难，下面介绍哈尔滨工程大学硕士学位论文软件无线电的第三种结构即宽带中频带通采样软件无线电结构。宽带中频带通采样软件无线电结构宽带中频带通采样软件无线电的结构组成如图所示，这种结构与常规的超外差无线电台的收发信机是类似的，但两者的本质区别是中频带宽不一样，常规电台的中频带宽为窄带结构，而所示的软件无线电的中频带宽为宽带结构。由于中频带宽宽不仅使前端电路如本振频合器）设计得以简化，信号经过接收通道后的失真也小，而且与常规窄带超外差电台相比，这种宽带中频结构再配以后续的数字化处理，使其具有更好的波形适应性，信号适应性以及可扩展性。所以这种宽带中频带通采样软件无线电的结构
26、从形式上看与常规窄带超外差电台没有多大区别，但这种软件无线电台从性能将会有质的飞跃，是窄带系统所无法达到的。图宽带中频带通采样软件无线电结构从图所示的组成结构可以看出，这种软件无线电的射频前端 前、后的模拟预处理电路）比较复杂，它的主要功能是把射频信号变换为适合于采样的宽带中频信号或把输出的宽带中频信号变换为射频信号。通过相对复杂的射频前端把高频信号变换为中心频率适中、带宽适中的宽带中频信号后，给后续的采样数字化大大减轻了负担，这时与前面两种软件无线电结构相比不仅不需要第一种结构所要求的超高速采样，也不要求第二种结构所需的高精度、高工作带宽所要求的采样保持放大器，使设计大大简化，这是射频前端复
27、杂性所带来的好处。在器件无法满足要求的情况下，增加一一点复杂性也是值得的，况且这种宽带射频前端与窄带超外差哈尔滨工程大学硕士学位论文蓟瑞相比还是相对要简单一些：而且采样频率只有一个。因此这无疑是近期软件无线电一种较可行的设计方案。三种软件无线电结构的等效数字谱第一种基于低通采样的软件无线电结构的数字谱最为简单，由采样定理，数字谱中的频率完全可由模拟谱频率来表示，如图所示，图中只画了正频部分在这一章中的频谱图都没有画负频部分）。由图可见，低通采样时的数字谱与实际的信号谱是一一对应的，也就是进入接收通道的射频信号 。）都可以从与其唯一对应的数字谱）中找到。龟图低通采样的数字谱第二种结构的数字谱比第
28、三种复杂，先来讨论第三种宽带中频带通采样的数字谱。由带通采样定理，在采样速率工与中频兀满足：厶：掣， 删，）巧巧，弼 ）的条件下，其采样数字谱，）如图）所示，中）图为中频信号模拟频谱）。当式 ）中的为偶数时，数字谱和模拟谱对应的关系为： ）而在为奇数时的对应关系为；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 12 页个人资料整理仅限学习使用场一，瓦巧 ）哈尔滨工程大学硕士学位论文： ）：愿 ）图宽带中频带通采样的数字谱）和模拟谱）上述关系说明，无论式）中的取何值，值一旦确定，带通采样的数字谱和原始模拟带通信号谱也是一一对应的，只是对
29、不同的中频选取其数字谱和模拟谱的对应关系不一样而已。另外，带通采样的数字谱仅与宽带中频信号相对应，它与实际射频信号的对应关系还需要根据射频前端的本振频率以及混频方式来共同决定，这种对应关系也是唯一的，所以，图）所示的带通采样数字谱与其本振频率一起也将唯一地确定与其对应的射频信号。第二种软件无线电结构采用了射频直接不经过混频）带通采样技术，这种采样与第三种结构的中频带通采样的不同点只是为了消去因前置跟踪滤波器不理想而产生的采样“盲区”，需要多个采样频率，其中包括一个主采样频率和个“盲区”采样频率乙，。主采样时的数字谱与射频信号谱分别如图 ）和图）所示。： ）： ）图射频直接带通采样主采样）的数字
30、谱）和模拟谱）这时数字谱和模拟谱的对应关系主要取决于前置跟踪滤波器所处的位置，当跟踪滤波器 其中心频率设为丘。）位于偶数频段，满足：哈尔滨工程人学硕士学位论文 ?，每一导二，：?，鲁导且为偶数时有：一，姊爿，；髟；，磁 ）而当跟踪滤波器位于奇数频段，满足式 ），且式中为奇数时，有： ）电就是只要确知前置跟踪滤波器之中心频率二，）在主采样频带频带中心频率为五），带宽为）上的位置，就完全能确定采样数字谱与射频信号谱之间的对应关系。所以，图）所示的主采样数字谱与厶。一起将唯一地确定与其对应的主采样频带上的射频信号。射频直接带通采样除了主采样频带外，还存在“盲区”采样频带，对“盲区”频带必须采用“盲区
31、”采样频率厶，进行采样。“盲区”频带的中心频率兀。由 ）确定，掣一）一式中，为主采样频率，玎为“盲区”频带号丌】，）。“盲区”采样的数字谱与“盲区”频带的射频信号谱如图所示。 ） ）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 12 页个人资料整理仅限学习使用图射频直接带通采样的数字谱“盲区”采样）这时的“盲区”采样数字谱与“盲区”频带信号谱的对应关系也取决于前置跟踪滤波器所处的位置，当其位于偶数，）“盲区”时对应关系为：，丑：，当其位于奇数，）“盲区”时，其对应关系为：，：盖。由此可见，只要确知前置跟踪滤波器在“盲区”频带上对应的频
32、带号，则图所示的“盲区”采样数字谱与“盲区”频带哈尔滨工程大学硕士学位论文的射频信号也是一一对应的。对射频直接带通采样，无论是主采样还是“盲区”采样，只要确知前置跟踪滤波器在射频频带上所处的位置是主采样频带还是“盲区”采样频带及其对应的频带号），就可以用一个等效的基带数字谱来唯一地表示射频信号。从以上三种软件无线电结构的采样数字谱分析可以得出结论：无论是射频低通采样还是射频直接带通采样或者是中频带通采样，其采样后的数字谱均可等效为其总带宽为的基带谱，如图所示，其中有效带宽为玩，采样速率为，：。图三种软件无线电结构采样数字谱的统一表示本章小结在这一章中，主要介绍了软件无线电的三种结构形式，并对三
33、种结构的数字谱进行了分析，最后得出这三种结构的数字谱均能用一个统一的数字谱来表示，这样，在后面几章建立数学模型、研究算法的过程中就不必考虑具体的结构形式问题，也就是从采样后的数字信号出发，所研究的软件算法对三种结构来说是通用的。哈尔滨工程大学硕士学位论文第章软件无线电中的调制算法引言软件无线电发射机是软件无线电两大组成部分之一，它的主要功能是把需发射或传输的用户信息话音、数据、图像）经基带处理完成诸如、等基带调制）和上变频，调制到规定的载频中心频率）上，再通过功率放大后送至天线，把电信号转换为空间传播的无线电信号，发向空中或经传输介质 如电缆、光缆等）送到接收方的接收机前端，由其进行接收解调。
34、所以，软件无线电发射机的基本组成如图所示，其中，功率放大和天线不在本论文中讨论，将重点研究基带处理和上变频的算法问题，也就是调制算法问题。图软件无线电发射机的基本组成基带正交信号的产生一个无线电信号一般可表示为：） ）恤矾） ）式中， ）、 ）分别表示为该信号的幅度调制信息和相位调制信息，五为信号载频 中心频率），而频率调制信息也反映在相位调制信息中，即） ），对）式进行数字化可得：） ）矾月）式展开可得：）， ”）”）珂 ）式中，。矾为数字角频率，取值实信号），为采样间隔，对） ）式中， ”） ） ）， ）一 ）。软件无线电中调制的方法哈尔滨工程大学硕士学位论文就是先根据调制样式求出，）、卯
35、），然后分别与两个正交本振、。相乘并求和，即可得到调制信号”），所以，各种通信信号都可阱用正交调制的方法来加以实现，如图所示。图通用正交调制模型例如，对一个信号，它的数学表达式为） 删。 ），把它表示为数字正交形式为”） 十，），所以，） 。 ）， ”）。其他类型的调制都可以仿照调制，求精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 12 页个人资料整理仅限学习使用出相应的 ）和 ）。对不同的调制类型信号，）和 ）是不同的，这个求， 仃）和）的过程就是上面提到的基带处理过程。内插理论多速率信号处理是软件无线电的理论基础之一，它的定义就是
36、对原始采样序列再次以不同的速率进行采样，其中，抽取理论和内插理论是非常重要的两个方面，当采样后的速率低于原始采样速率时，即为抽取过程，反之，当采样后的速率高于原始采样速率，即为内插过程。整数倍内插，倍内插是指在两个原始抽样点之间插入）个零值。若设原始抽样序列为 ），则内插后的序列，）为：， 刀）：黧观。部分，如图所示，图中，个，表示，倍内插，）表示滤波器。，内插器并不是简单的序歹问插零，它要求把插零后的序列经过某种变换，恢复成原序列形状，这种变换就是滤波。一个完整的内插器包括插零和滤波两哈尔滨程大学硕士学位论文刊个，削坝）阻【图内插器内插器作用如下：、提高了信号的输出采样速率，同时，提高原始信
37、号的时域分辨率。对内插后的序列，）进行傅立叶变换，可得到它的频谱，。）为原始序列 ）的频谱 ”）经倍压缩后得到的频谱，由于它们均为周期性的，所以， ）中不仅含有）的基带分量，也还含有其频率大于口的高频分量。为了能够正确地恢复原低通信号，必须对内插后的信号进行低通滤波，以滤除高频镜像二扰，所以，内插器结构图中的）为低通滤波器。插零后的序列经低通滤波后，原来插入的零值点变成了原抽样序列）的准确内插值，原始信号的时域分辨率得到了提高。用仿真时的结果如图所示。由于滤波器的作用，）图波形有延时。 ）原始信号序列卅）甲甲。一一甲一一千一一一一一一一一土一、。一，一一一”一一一上，【一一土。 ）内插后的序列
38、，”）砌”。；，）甲一一中甲 、。 甲一似心一批从， 图时的内插过程、可以提高输出信号的频率，起到上变频作用。上变频就是将基带信号调制为射频或中频的过程。假设原始信号的采样频率为，经过倍内插后，采样频率提高为，则信号的最高频率也就可以提高倍。用仿真，时的频谱情况如图所示，哈尔滨工程大学硕士学位论文其中， ）图中之间的频谱即为原信号）的基带频谱，而，之问的频带为聊）基带频谱的高频搬移分量和镜像分量可以通过后续处理反折回来），且幅度变为内插；自 为）倍，只要找到一个适当的带通滤波器），即可提取出载频比原信弓高到倍的高频成分，以此类推，倍内插后，就可以提取出载频比原信号高一倍的高频成分，从而实现上变
39、频。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 12 页个人资料整理仅限学习使用图时的频谱图内插滤波器的高效结构从上节提到的内插器可知，滤波在插零之后，也就是况，这个滤波运算是对高速率的数据流进行的，那么，它必然会产生很大的运算量，从而对芯片的运算速度提出较高的要求，不和于实时处理。下面讨论一种利于实时处理的高效滤波结构内插器的多相滤波结构。这种结构充分利用滤波器的多相分解形式，使滤波运算速度得到了提高。对一个阶线性时不变内插滤波器的多相分解过程如下，设该滤波器的冲击响应为），它的变换日 ）可表示为：一日） ） ?” ）哈尔滨工程
40、大学硕士学位论文其中，为内插倍数，将这个式子展开得：翰螂矿脚，枘蛔。?， 一） ?司?纠坝）“脚）掣纠“）川，一）】”斗炒）一）小纠州” ） 厶）尸方?而）广矛“咖，一）?留 ）口一）令也 ） 一一）? ）一” ，一）卢， ）则 ）州“? ） ）上式即为内插滤波器的多相表示，则倍内插系统的结构图可用图中）的形式表示，这种结构分支滤波器的阶数由原来的阶变为阶），是原来的分之一，例如，一个四倍内插系统，原来的滤波器）为阶，经多相分解后变为个阶的分支滤波器。每一个输入数据可以同时通过阶数低的分支滤波器，运算速度得到了提高，同时，阶数少的滤波器进行滤波可以提高运算精度，降低对字长的要求，但是这里的滤波
41、还是在插零后进行的，对硬件运算速度的要求很高，由内插器的对等关系，可使图中的 ）图转换为）图，这样滤波是在采样速率提高之前进行的，运算速度得到了进步的提高，大大增强了实时处理能力。具体地说，图所示的滤波器在采样间隔。内完成次乘加运算，其讨算速度需求为： 次乘加，秒） ）对图 ）所示的先内插后滤波的多相结构，每一个分支滤波器的阶数为，输入数据的采样间隔还是；，所以，各分支滤波器的计算速度需求为：， 次乘加，秒） ）对图 ）所示的先滤波再内插的多相结构，每一个分支滤波器的阶数为哈尔滨丁程大学硕士学位论文，输入数据的采样间隔变为，所以，各分支滤波器的计算速度需求为： 次乘加秒） ）精选学习资料 -
42、- - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 12 页个人资料整理仅限学习使用综上，图中的图）先滤波再内插的多相结构对计算速度要求最小，最有利于实时性的实现，而且随着内插倍数的增加，这种优势就会越明显，所以这种结构是最优的结构。 ）先内插再滤波结构 ）先滤波再内插结构图内插器的多相滤波结构图中 ）图的实现过程可用开关形式表示，如图所示。图中，正为输入数据的抽样间隔，疋为内插倍后的抽样间隔，五玛，开关以频率旋转。图内插过程的开关形式这种先滤波再内插的多相滤波结构是本文上变频算法的基础，它的软件实现的过程就是先将阶滤波器系数写成下面的矩阵形式：哈尔滨工程大学硕士学位论文矗）向，），）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 12 页