基于软件无线电中频数字接收系统的设计

中北大学信息探测与处理技术研究所 王 鹏 张林影 李 婷 潘烨阳

1.引言

软件无线电提出了一种崭新的设计、制造和使用无线通信系统与设备的思想，它摆脱了面向用途而完全依赖于硬件的传统无线电设计思路，通过一种模块化的通用硬件平台，把系统提供的业务从长期依赖于固定电路的方式中解放出来，利用软件可编程、易修改和成本低（硬件投入少）的优势，把无线通信技术水平提升到一个新的高度。本文设计了一种基于软件无线电中频接收系统方案，并通过MATLAB软件对其进行了仿真验证。

2.软件无线电基本结构

软件无线电的结构基本上可以分为3种：射频低通采样数字化结构、射频带通采样数字化结构和宽带中频带通采样数字化结构。本文不对其结构进行详细阐述，针对其所存在的不足之处，结合软件无线电接收机的两种数学模型，提出了一种可供实现的基于软件无线电中频接收系统框图结构，如图1.1所示。图中虚线框内的模块即模数转换（A/D）模块和数字下变频（DDC）模块为本文的主要设计部分。

图1.1 基于软件无线电中频接收系统

3.软件无线电中频接收系统的MATLAB程序设计

模数转换器的工作过程大致可以分为采样、量化、编码等三个环节。图3.1是A/D转换模块程序设计流程图，图3.2是数字下变频模块程序设计流程图。

图3.1 A/D模块程序设计流程图

图3.2 数字下变频模块程序设计流程图

输入信号是一个载频为60MHz、带宽为20MHz的带通信号，如图3.3所示。经过自然采样（采样频率为80MHz）后，对得到的信号进行均匀量化，量化结果如图3.4所示。最后对量化后得到的序列进行pcm编码，输出编码序列。

图3.3 载频为60MHz带宽为20MHz的带通信号频谱图

图3.4 量化后得到的序列以及量化特性

图3.5 下变频后得到的信号频谱

图3.6 滤波后信号频谱

数控振荡器（NCO）的目标就是产生一个理想的数字可控的正弦或余弦波。振荡信号与经过模数转换得到的数字信号相乘，进行下变频处理，如图3.5所示。信号经混频后，输出到低通滤波器以滤除倍频分量和带外信号，经滤波后得到的信号频谱图如图3.6所示，另外，经过低通滤波后的信号由于其数据流速很高，对后续的信号处理要求很高，这时就需要进行降速处理，具体的方法即整倍数抽取，图3.7显示的就是经过两倍抽取后的得到的输出信号。

图3.7 两倍抽取得到的信号频谱

以图3.7所示基本说明了此方案的可行性和合理性，并且在其它的软件无线带你结构方面也进一步的改进，提升了系统的灵敏性。

4.小结

软件无线电既是一种全新的理论与技术，也是一种先进的产品设计思路与方法，在新一代的无线系统中得到了广泛的应用。本论文的主要工作是研究软件无线电的基础理论，设计基于软件无线电的中频接收系统，主要是对经混频后得到的中频信号的处理，通过编写软件程序来实现硬件模块功能，包括模数转换（A/D）模块以及数字下变频器（DDC）模块等，通过MATLAB编程实现了模数转换和数字下变频器模块的相关功能。

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