基于FPGA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 软件无线电是一种创新的通信系统架构，它提倡使用通用硬件平台，通过软件来实现多样化的通信功能，以适应不断变化的通信需求。这种架构的核心优势在于灵活性、可扩展性，能够快速适应新标准和技术，广泛应用于军事、民用通信，并逐渐拓展到其他领域。 FPGA（现场可编程门阵列）是实现软件无线电的重要技术之一。FPGA是20世纪80年代中期发展起来的可编程逻辑器件，它可以替代传统的基于微处理器或DSP（数字信号处理器）的系统设计，提供更高效、灵活的单芯片解决方案。随着FPGA技术的进步，单个芯片能集成更多的逻辑门，支持更复杂的硬件功能，同时减少了开发时间和成本。 在软件无线电发射机的设计中，FPGA被用于实现基带调制和上变频功能。发射机的主要任务是将用户信息经过基带处理，转换到指定的载频，然后通过功率放大发送到天线，形成无线电信号。设计中，采用多相滤波和单MAC的成形滤波器，以及高效的CIC插值滤波器，优化性能和资源利用率。通过MATLAB仿真确定最佳输入输出位数，实现资源占用最小且性能最佳的目标。 发射机的数学模型通常表示为数字信号的正交分解，即幅度调制和相位调制的结合。调制映射涉及将串行比特流映射到星座图，通过相位累加器、延迟单元和ROM查找表完成。调制映射的实现方法适用于各种数字调制，只需调整累加器的位数、ROM的大小和内部的I、Q值。 成形滤波器是发射机的关键部分，它影响信号的带外辐射和信号质量。在软件无线电发射机中，成形滤波器通常具有线性相位特性和平方根升余弦幅频特性，以抑制带外辐射并确保信号质量。在上变频之前，通过内插滤波器提升基带信号的采样速率，以匹配后续处理的需求。 FPGA实现的软件无线电发射机能够满足多种调制方式，如QPSK、QAM等，同时具备良好的性能和资源效率。通过测试验证，这种设计可以达到或超过专用硬件芯片的效果，展示了FPGA在软件无线电中的巨大潜力和优势。