基于基于FPGA的软件无线电发射机的设计实现的软件无线电发射机的设计实现
一、引言 软件无线电是近几年在无线通信领域提出的一种新的通信系统体系结构,其基本思想是以开发
性、可扩展、结构最简的硬件为通用平台,把尽可能多的通信功能用可升级、可替换的软件来实现。这一新概
念一经提出,就得到了全世界无线电领域的广泛关注。由于它所具有的灵活性、开放性等特点,不仅在军、民
无线通信中获得了应用,而且还被推广到其它领域。 FPGA (现场可编程门阵列) 是上世纪80年代中期出
现的一类新型可编程器件。应用FPGA设计功能电路时,可以让人们的思路从传统的以单片机或DSP芯片为核心
的系统集成型转向单一专用芯片型设计。FPGA技术的发展使单个芯片上集成的逻辑门数目越来越多,实现的功
能越
一、引言 一、引言
软件无线电是近几年在无线通信领域提出的一种新的通信系统体系结构,其基本思想是以开发性、可扩展、结构最简的硬
件为通用平台,把尽可能多的通信功能用可升级、可替换的软件来实现。这一新概念一经提出,就得到了全世界无线电领域的
广泛关注。由于它所具有的灵活性、开放性等特点,不仅在军、民无线通信中获得了应用,而且还被推广到其它领域。
FPGA (现场可编程门阵列) 是上世纪80年代中期出现的一类新型可编程器件。应用FPGA设计功能电路时,可以让人
们的思路从传统的以单片机或DSP芯片为核心的系统集成型转向单一专用芯片型设计。FPGA技术的发展使单个芯片上集成的
逻辑门数目越来越多,实现的功能越来越复杂,人们通过硬件编程设计和研制ASIC,可以极大地提高芯片的研制效率,降低
开发费用。
基于上述优点,用FPGA实现软件无线电发射机,不仅降低了产品成本,减小了设备体积,满足了系统的需要,而且比专
用芯片具有更大的灵活性和可控性。在资源允许下,还可以实现多路调制,并能对每一路发射信号的幅度和相位进行细调,这
也是实现3G智能波束跟踪算法的基础。
本文在设计上使用了基于多相滤波和单MAC的成形滤波器和高效CIC插值滤波器,充分考虑了性能和资源占用率的关系,
并用MATLAB仿真出各模块最佳的输入输出位数,从而实现了资源占用最少而性能最佳的目的。整个设计利用安立公司的
PHS专用测试仪MT8801C对其频谱、眼图、星座图和其它各项发射指标进行测试,均达到或超过专用TSP芯片AD6623的效
果。
二、软件无线电发射机数学模型 二、软件无线电发射机数学模型
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经基带处理上变频,调到
规定的载频上,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送到接收方的接
收端,由其进行接收解调。其基本组成如图1所示。本设计要做是用FPGA实现其中的基带调制和上变频部分。
众所周知,任何一个无线电信号可表示为
式中,a(t)、φ(t)分别表示该信号的幅度调制信息和相位调制信息,f0为信号载频。
对式(1)进行数字化,可得:
式中,Ts=1/fs为采样间隔。
式(2)通常简写为
式中,ω0=2πf0Ts为数字角频率,取值0~π(实信号)。
为便于进行信息调制,通常把式(3)进行正交分解:
调制的方法是先根据调制方式求出I(n)、Q(n),然后分别与两个正交本振cos(ω0n)、sin(ω0n)相乘并求和,即
可得调制信号。但为了抑制已调信号的带外辐射,在同相和正交支路上还分别增加一个具有线性相位特性和平方根升余弦幅频
特性的低通滤波器。另外,为了使产生的基带信号与后面的采样速率相匹配,在进行正交调制前还必须通过内插把低速的基带
信号提升到采样频率上,整个实现过程如图2所示。
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