软件无线电的多制式信号发生器的设计

2008-06-10 10:07:18来源: 电子技术应用
  软件无线电是一种无线电通信新的体系结构。在1992年5月美国电信系统会议上,JeoMitola首次提出了软件无线电概念,之后迅速引起了人们的关注,并开始对它进行广泛而深入的研究。具体地说,软件无线电是以可编程DSP或CPU为中心,将模块化、标准化的硬件单元以总线方式连接起来,构成通用的基本硬件平台,并通过软件加载来实现各种无线通信功能的开放式的体系结构。它使得通信系统摆脱了面向设计思想,被认为是无线通信从模拟到数字、从固定到移动之后的又一次突破。

  在软件无线电的研究过程中,调制解调技术是移动通信系统空中接口的重要组成部分。在不同的蜂窝半径和应用环境下,移动通信的信道呈现不同的衰落特性,根据移动信道的衰落情况,自动地改变调制方式,从而提高传输效率并保证传输性能。那么,一个通用的信号源是必不可少的。
  作者设计了一个基于DSP+DDS结构的可编程调制器的硬件平台,并在此硬件平台上实现了各种模拟调制和数字调制的通用软件算法。当改变调制制式时,无需再次下载程序,而且调制制式、比特速率、输出中频均可调。

  1 硬件结构

  通常,信号源输出的波形多数是对周期的01序列进行调制,输出波形单一,只能作为解调输入信号的一种特例,缺少通用性。而许多专用芯片采用的调制方式也是有限的。用DSP+DDS构成的通用多制式信号发生器不仅可以实现模拟调制,而且可以实现各种数字调制。DSP利于基带信号的实时处理,可以实现高速调制,而DDS具有频率分辨率高、频率变化速度快、相位连续、易于数字控制等特点。图1给出多制式信号发生器硬件原理图。

  信号发生器主要由三部分构成:控制单元、数字信号处理器(DSP)、正交数字上变频器(Quadrature Digital Upconverter)。

  DSP采用TI公司的TMS320VC5402,它独特的哈佛结构、硬件密集型方案和灵活的指令系统可以满足对信号的实时处理,它的高性能、低功耗及低价位使其得到广泛应用。

  正交数字上变频器采用AD公司的AD9857。AD9807最高工作频率为200MHz,输出中频频率范围为0~80MHz。AD9807内部集成半带滤波器、CIC(ascaded Integrator Comb)滤波器、反SINC滤波器、高速的14位是一个相位连续的直接数字频率合成器DDS(Direct Digital Synthesizer)。在该方案中,AD9857工作在正交调制模式。它的32位频率控制字使输出频率的最高精确度为:SYSCLK(系统时钟)除以2 32。

  控制单元决定采用哪一种调制制式、比特速率及输出中频频率。

  DSP读入控制单元的数据,然后经过串口向AD9857发送控制字。原始信息数据(是由DSP产生的伪随机序列)首先在DSP中进行编码、调制等处理后得到基带信号。基带处理得到正交信号的I/Q分量交替进入AD9857,经过串并变换,转换成两路并行的I/Q数据,进行内插和上变频运算,然后通过D/A变换直接输出模拟中频信号,从而将基带处理和中频调制合二为一。

  AD9857对输入的数字信号进行采样和内插,降低了DSP的处理负担,使整个系统的性能达到较好的程度。

  2 软件算法

  软件无线电具有完全的可编程性。它采用数字信号处理技术,在可编程控制的通用硬件平台上,利用软件来定主实现无线电台的各部分功能,包括对无线波段、信道调制、接入方式、数据速率的编程等。因此通过程序进行控制和操作,是软件无线电最突出的特点之一。软件算法的设计直接关系到电台软件的实现。软件无线电台对信号的处理都是实时的,因此对算法的时间及空间的复杂性都提出了很高的要求。

  为节省有限的DSP运算资源,软件无线电软件算法研究中大量采用查表法来提高处理速度,通常在调制过程中使用波形存储法。编写软件算法程序时,只要某一调制方式及其对应的输出状态数目是有限的,就可以借助表法来实现。查表法避免了大量的中间运算,简单易行,唯一的缺点是占用了大量的存储空间。因此,需要建立一张通用的表格,该表格存储了经过量化的14位有符号的二进制数。表格的设计应达到查表过程简单,同时满足不同的调制方式。用这个表还可以实现正弦函数的计算,只需将当前相位移相π/2。

  除了一张通用的余弦表,针对不同的调制方式还需分别建立对应的调制星座图映射表,按照调制方式分类组成一个相位表格库。对于差分相位调制,该表格为差分相位表格。当调制方式确定后,根据得到的码元,查表计算当前相位Φk。

  图2以(π/4)DQPSK调制方式为例,介绍差分相位调制软件算法。数字存储区存储的是一个周期的余弦函数波形样点,设存储区的采样点数为N,表格的移动步长为d。原始调制每两个比特一组,通过表1中的调制星座图映射成差分相位ΔΦk与前一码无的相位进行模2π相加得到当前码元的绝对相位Φk,计算Φk在余弦表中的偏移地址,根据偏移地址调制信号的数据。

  设f(i)=cos(id),其中0≤i
  那么,当前相位Φk(0≤Φk<2π)的偏移地址为:Φk×N/2π。

  (π/4)DQPSK对应的绝对相位Φk的可能取值有:0°、45、90°、135°、180°、225°、270°、315°。如果N=144,即d=2.5,则Φk在余弦表中对应的偏移地址为:0°、18°、36°、54°、72°、90°、108°、126°。

表1 调制星座图

  3  调制信号波形

  采用PCB四层板设计,实现了该信号发生器的硬件平台,并在此平台基础上完成了以下调制方式的软件编程AMDSBSSBFMGMSKFSKBPSKDBPSKQPSK、(π/4)DQPSK、8PSK、4-64 Star-QAM。其中数字调制方式的码元速率可达到1MHz(即对于四相调制,比特速率可达2Mbps;对于32QAM调制,比特速率可达5Mbps),载波频率可达到70MHz,调制方式、比特(或码元)速率、输出中频均可调。

  图3是用该信号发生器产生的几种调制信号的波形,其中模拟调制以AM调制为例,数字调制以DQPSK、FSK、16QAM调制为例。

关键字:标准  模块  可编程  传输  信道  信号源  接口

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2008/0610/article_199.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
标准
模块
可编程
传输
信道
信号源
接口

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved