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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

SDR Channel　Processing　Based　On　DSP

Abstract The basic concept of software radio is that hardware is the basic platform of

wireless communication. 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 technique 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. After that

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

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。

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

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

。

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(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

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

软件无线电的想法最早产生于 20 世纪 70 年代末,Dr.Walte Tbttlebee 把当

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

Joe 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

欧共体的 ACTSFIRST 项目和美国 RUTGERS 大学分别进行了针对软件无线电

应用于第三代移动通信系统的研究。目前己取得一些重要研究成果,确定了各模

块应满足的性能指标。美国哈里斯公司研制成功 AN/VRC-94(E)多频段车载收发