一种基于软件的无线电调制解调器的设计与实现

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　　摘要：以TI公司的DSP芯片TMS320VC5416为核心，用于完成各种数字调制解调算法。在外围电路上扩展了AD、DA模块，用来实现模拟信号和数字信号之间的相互转换，同时用CPLD来实现地址分配和提供接口控制信号。在软件无线电平台上研究并实现了ASK的调制解调算法。
　　关键词：基于软件，无线电，调制解调，设计实现
　　中图分类号：TP311　文献标识码：B　文章编号：1009--9166(2009)023(c)--0090--01
　　
　　软件无线电技术的出现对于移动通信的发展起到了很大的推动作用，构建一个通用的、标准的、模块化的硬件平台，把以前用硬件实现的无线电功能用软件来实现，大大地提高了通信系统的灵活性。用软件无线电技术实现的调制解调灵活性好，可以通过空中下载实现不同的调制方式，从而适应不同的通信体制。
　　软件无线电平台的设计采用了TI公司的DSP芯片TMS320VC5416，TI公司的集成开发环境CCS(Code Composer Studio)是基于windows系统的DSP开发软件，也是目前最优秀、使用得最为广泛的DSP开发软件之一。在CATI公司的DSP芯片TMS320VC5416为核心的软件无线电硬件平台上用软件的方式设计和实现ASK调制方式的方法。C CS支持汇编语言和C语言编程，汇编语言编写的程序代码效率高，执行速度快，但是程序的可读性和可移植性较差，C语言编写的程序不必过多的考虑DSP的内部结构，比较容易掌握和使用，所以设计中算法的实现采用C语言编程。在进行软件设计的时候把多种数字调制解调方式都放在一个程序中，然后通过硬件电路上的拨码开关和软件设置来选择调制和解调的方式，这种方式可以把程序烧写进FLASH中，每次实验时通过BootLoader把程序加载到DSP中，可以脱离电脑和仿真器进行实验。
　　
　　　一、数字调制解调的设计与实现
　　
　　数字调制技术是移动通信中的一项重要技术，调制解调性能的好坏可能直接关系着通信系统的性能，所以一般要根据通信体制和移动通信信道特点的不同要求选择合适的调制解调方式，如在第二代移动通信系统GSM系统中选择了GMSK方式，同样属于第二代移动通信系统的窄带CDMA系统中则选择了QPSK方式。
　　
　　(一)数字调制解调的整体流程。在实验平台上通过拨码开关的不同设置来选择对输入的数据进行调制还是解调，以及调制和解调方式的选择，这里安排了二进制数字调制ASK的调制和解调实验。实验前首先要对系统初始化，DSP的引脚CLKMD1、CLKMD2接高电平，CLKMD3接低电平，然后通过软件设置内部时钟方式寄存器CLKMD的值，设定DSP的工作频率为20MHz。初始化后通过IO口从模块上读取拨码开关值，根据读取的不同值设置决定调制解调方式的标志位KKstatus，由KKstatus的值来判断要进行调制实验还是解调实验，如果是调制实验进一步判断是哪种调制方式，是解调则是对接收信号采取何种解调方式，并进入相应的程序实现调制解调的算法。
　　
　　(二)ASK信号的产生。系统在初始化后，读拨码开关的键值，设NKKstatus的值，如果KKstatus=Oxl，则通过通用I／O口从模块的数字信源上读取信息，由于数字信源上只能产生24位的二进制信息，所以IO口要循环读取，每次读取24位，并存储于DSP内部的存储器中，进入ASK调制程序。
　　在ASK信号中，二进制数字信号相当于一个数字开关，用开关的通断来控制正弦载波的输出。进入AsKiN制程序后，首先在DSP内部产生一个正弦波并存放在一个数组中，正弦波的产生可以直接调用函数库中的sin函数，产生的正弦波一个周期包括64个点，存储在存储器中。读取一位二进制信息并对其判断，如果为1，则把一个周期的正弦波放入输出数组，如果二进制信息为0，则在一个正弦波周期内输出均为0，最后调用输出函数，由DA完成数模转换后输出ASK信号，并可以通过示波器观察已调信号的波形。
　　
　　(三)ASK信号的解调。由十所选用的DSP处理速度以及AD，DA的转换速度较慢，实验平台没有和射频发射和接收电路连接，所以在做解调实验时采用两块软件无线电电路模块，其中一个做调制实验，另一个做解调实验。在做数字解调实验时，两块电路板通过电缆直接相连，其中一块用作调制，数字调制后的信号由DA完成数模转换，然后通过电缆把信号送到另一块的AD转换模块，作为需要进行解调的已调信号，经过模数转换后的信号送入DSP，并进行数字解调。其他的几种解调方式中也采用了这种方法。
　　对于ASK信号的解调采用了相干解调的方式，为了得到相干载波，一般要设计数字锁相环，来实现本地载波的同频同相。实验中为了简化设计，在此没有采用锁相环电路，而是直接采用调制时所产生的正弦波作为相干载波。解调之前先从AD中取出24个周期的数字化的已调信号暂时存XDSP的存储器中。由十接收信号与正弦波信号一个周期内的采样点数相同，每次从数字化的信号中读取一个周期，与存储在存储器中的一个周期正弦波对应相乘，并对相乘的结果在一个周期内求平均值，求得的平均值与一个预先设定的门限值相比较进行判决，平均值大于门限值则判决为二进制信息1，否则判决为二进制信息0，调用输出函数从通用IO口输出。
　　
　　二、结束语
　　
　　以TI公司DSP芯片TMS320VC5416为核心的软件无线电平台，该平台主要包括数字信号处理模块、模数(AD)／数模(D A)转换模块以及CPLD，FLASH等模块。在软件无线电平台上可以实现移动通信过程中的数字调制、解调以及基带信号处理等功能。在软件无线电平台的基础上重点研究了ASK数字调制解调的算法及其实现，该平台同样适合数字调制解调的设计和实现。

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