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1、软件无线电信道处理的DSP实现摘要 软件无线电（SDR）作为一种新的无线通信概念和体制近年来浮出水面,日益受到国内外相关通信厂商的重视。它使得通信体制具有很好的通用性、灵活性和可配置性,并使系统互联和升级变得容易。软件无线电的基本概念是把硬件作为无线通信的基本平台，把尽可能多的个人通信功能用软件实现，是一种用软件来实现物理层连接的无线通信设计。本文重点研究了软件无线电中不同信道的处理技术,其技术关键在于构建不同频段的数字滤波器，通过滤波器进行不同信道信息的接收处理。在建立软件无线电信道模型的基础上,利用MATLAB实现多阶FIR滤波器的设计,并将算法移植到DSP软件设计当中, 并构建基于DSP
2、的硬件平台，使算法在硬件平台的运行结果达到软件无线电的信道处理要求。通过本课题的研究，掌握软件无线电信道的DSP实现方法，重点研究软件无线电中的信道处理算法，通过仿真，选择合适的滤波算法，并构建基于DSP的硬件平台，使算法在硬件平台的运行结果达到SDR的信道处理要求。关键词：软件无线电 信道 数字信号处理 FIR滤波器SDR ChannelProcessingBasedOnDSPAbstract The basic concept of software radio is that hardware is the basic platform of wireless communication
3、. More and more function of personal communication is realized by software.Software radio is the design of wireless communication which realizes the hardware connection by software. The papermainly studies the processing technique of different channels in SDR (Software Defined Radio). The key techni
4、que is to design digital filters of different frequency bands to receive the information of different channels. Based on founding the model of SDR channel processing use MATLAB to realize the design of FIR filters by setting different parameters and transfer the arithmetic to DSP software design. Af
5、ter that use CCS to simulate the FIR filter. The effect can reach the demand of channel processing for SDR.Key words SDR channel DSP FIR filter引言以现代通信理论为基础,以数字信号处理为核心,以微电子技术为支撑的软件无线电自从1992年由JooMitola提出以来,在最近几年取得了引人注目的进展,引起了包括军事通信、个人移动通信、微电子以及计算机等电子领域的巨大关注和广泛兴趣。软件无线电作为一种新的通信系统,它是由硬件平台和各种功能模块组成,不同的通信功
6、能采用更新软件的方式加以实现。人们普遍认为软件无线电将使无线通信、甚至整个无线电领域产生重大变革,并由此推动电子信息技术的快速发展,最终在全世界范围内形成巨大的软件无线电产业市场,产生巨大的经济效益、推动社会和技术的进步。本论文重点研究了软件无线电中不同信道的处理技术,其技术关键在于构建不同频段的数字滤波器及进行不同信道信息的接收处理。首先分析了软件无线电中的采样定理、数字滤波器理论、不同频段FIR滤波器的设计方法。在此基础上,利用Matlab完成了FIR滤波器的设计,进行了滤波器的检验,并在DSP芯片TMS320VC5509为核心的信号处理实验平台下,利用CCS集成开发环境对FIR滤波实验进
7、行了仿真,对不同参数滤波效果进行评估,提出了基于DSP硬件平台的软件无线电信道处理方法。软件无线电的核心思想是构建一个采用数字无线电技术的通用硬件平台,通过实时的软件控制,用户能定义该平台的工作模式,包括工作频带、信号速率、调制方法、多址方式、接口协议、业务种类等,从而使一个硬件平台能实时地转变为不同技术标准的通信系统。通过本课题的研究，掌握软件无线电信道的DSP实现方法，重点研究软件无线电中的信道处理算法，通过仿真，选择合适的滤波算法，并构建基于DSP的硬件平台，使算法在硬件平台的运行结果达到软件无线电的信道处理要求。对课题“软件无线电信道处理的DSP实现”的研究背景及国内外研究现状进行了广
8、泛的调查研究，对课题设计所涉及的关键技术有了较为深刻的认识，计划并最终明确了课题应该完成的任务，设计出合理的思路，研究可行的手段，直至完成论文。通过此次设计，加深了对软件无线电的了解，提高了自己DSP对系统设计的能力，并不断提高自己阅读中外文献、独立思考和理论转化为实践的能力。第一章 绪论1.1论文研究背景通过近20年的发展,移动通信己成为通信领域最活跃、市场份额最高的产业,也成为国际上市场竞争最激烈的部分。面对多种通信体制并存、各种标准层出不穷和频率资源缺乏的现状,以硬件为主的传统的通信体制已难以适应:出于各种新标准的射频载波频率和调制方式不同,限制了设备间的互通和兼容,造成了资金大量浪费和
9、重复投入。面对这个问题,国际上已经进行了大量的研究。大部分专家认为:“软件定义无线电”(Software Defined Radio,简称SDR)将是一个解决全球无线通信需求的方案,它将成为未来无线通信设备设计的核心所在。软件无线电技术最初起源于军事通信应用的需要。随着通信技术的发展,在军事通信领域,各军兵种之间使用了不同的通信体制,应用不同的频段、波形和调制方式,完成各自的通信任务。各个体制之间互不兼容,各自使用的电台功能单一,这使得军队面临频带拥挤的状况。现在战争越来越强调各军种甚至多国军队之间的作战,因此多种通信体制的互联互通要求成了日益突出的矛盾。为了使各军兵种不同的设备之间实现高效、
10、可靠的协同通信与互通信,美国军方最早开展了研制三军通用软件无线电台的工作,其目标是研制出一种包容很宽的无线频带、接收多种信道调制方式的具有很强“可互操作性”无线电台。1992年5月,在美国电信系统会议上,MITRE公司的JoeMitola首次提出了软件无线电的概念,其核心思想是:构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台,将各种功能,如工作频率、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成,并使宽带刀D和D/A转换器尽可能地靠近天线,以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。这种电台是可用软件实现的,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
11、于它能形成各种调制波形和通信协议,故还可以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”。在民用方面,纵观当前的通信市场,多种通信体制并存,新体制不断涌现。模拟体制与数字体制并存,TDMA体制与CDMA体制共存。由于多种体制硬件平台的不同,他们之间的兼容和互通变的比较困难,无线通信的发展,使得人们对各种通信体制间互通的要求日趋强烈。目前,软件无线电的思想与开发手段已经在新一代通信产品的开发中发挥着越来越重要的作用。1.2国内外研究现状、水平和发展趋势1.2.1国内研究现状和水平国内对软件无线电技术的研究,开始于1995年美国第一台高水平的
12、软件无线电系统SPEAKeasy问世。在0996年10月,我国通信“863”首先立项,开始了对软件无线电的小规模探索,九五期间,该技术已成功地在某型号军用单兵短波数字通信系统中得到应用。1998年7月,我国向ITU提交了第三代移动通信提案TD-SCDMA中就采用了软件无线电技术。同年,我国国家自然科学基金就设立了有关软件无线电技术的重大研究课题:由清华大学和北京邮电大学合作完成,这表明了我国对软件无线电技术地重视。在自然科学基金地项目中,我国将开展软件无线电地基础性和应用性研究,并以蜂窝移动通信系统的多模平台为背景,重点研制支持两种制式以上的个人通信接收机的软件无线电平台。试验平台由一些硬件(
13、包括射频部分,以及由FPGA等实现的中频部分)和带有NIC的高速局域网组成。在这个试验平台上可以运行两个频段(900MHZ和1800MHz),并兼容四种以上的传输方式。2002年5月28日,国家自然科学基金委员会信息科学部组织专家,对清华大学电子工程系和北京邮电大学联合承担的国家自然基金资助的重点项目“软件无线电理论与技术及其在个人通信中的应用”进行了验收。观看软件无线电试验平台的现场演示后,专家组经认真讨论,一致认为:该课题在基础理论及试验平台研究方面取得了重要进展,其研究成果在军事和名用领域具有广泛应用前景。目前我国正在研究开发第二代同步轨道航天测控设备的方案中,其核心就是引入软件无线电技
14、术,采用其综合基带模式、大规模地简化了系统结构,极大地提高了系统地灵活性、可靠性和可维护性。到目前为止,我国许多高等院校、研究所都投入大量地人力、物力开展对软件无线电进行研究,如:进行实用型软件无线电体系结构方案的设计:对软件无线电系统中某一模块进行研究;研究软件无线电的实际应用对象;进行算法研究等。但目前国内的研究多处于试验阶段,尚未有比较成熟的软件无线电产品问世。虽然我国对软件无线电技术的研究起步晚于欧美,但是关于软件无线电的研究己经得到了越来越多的重视,理论水平基本与国外保持一致。总体而言,目前国内外对软件无线电的研究正处于各种应用的具体研究实践阶段。1.2.2国外研究现状和水平软件无线
15、电的想法最早产生于20世纪70年代末,Dr.Walte Tbttlebee把当时安装了8085微处理器的A/D和工作于VLF的无线电设备的Roke Manor Researeh(Romsey United Kingdom)称为世界上第一个关于软件无线电技术研究的工作场所,但是鉴于当时可编程芯片和模数转换器发展水平有限,还不可能实现商业化,因而早期的研究都是用于军事目的的。20世纪80年代,美国率先在军事系统中开始了软件无线电的研究、开发和试验。20世纪90年代,由于计算机技术、微电子技术、通信技术和VLSI技术的飞速发展,使得全面采用软件无线电的思想成为可能。1992年5月,MITRE公司的J
16、oe Mitola在美国电信系统会议(National Telesystems Conferenee)上首次明确提出了软件无线电的概念,其基本思想是:以通过硬件为基本平台,将宽带A/D,D/A尽可能靠近天线,把尽可能多的无线通信功能用软件来实现,从而将无线通信新系统、新产品的开发逐步转移到软件开发上来。1995年5月,以Joe Mitola的“软件无线电结构”一文为代表,与其它一些论文一起构成了第一期关于软件无线电的专刊发表以后,商用软件无线电的研究开始迅速升温。20世纪80年代,美国率先在军事系统中开始了软件无线电的研究、开发和试验。20世纪90年代,由于计算机技术、微电子技术、通信技术和VLSI技术的飞速发展,使得全面采用软件无线电的思想成为可能。在国外,软件无线电的研究项目除早己展开speakeasy，还有ACTS,RACE,Speetrum Ware,SORT，SLATS，PROMURA等。AC
