软件无线电中几项DSP实现技术的研究.doc

本文由zzhito贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 电子科技大学硕士论文 中文摘要 论文题 目:软件无线电中几项 D P实现技术的研究 S 丫3 8 60 56 摘 硕士生:黎照明 要 导师 : 李晓 峰教授 (件 电 为 种 的 线 信 念 体 近 来 水 , 益 到 内 相 线 作 一 新 无 通 概 和 制 年 浮出 面 日 受 国 外 v 无 关 信厂商的 通 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.虽然, 真正 意义上应用软件无线电 技术的 全球统一终端的出 现还会有一段时日, 但软件无线电 思想对传统通信体制和结构的影响却是不言而喻的劣, . 本文首先论述了软件无线电的概念和关键技术:然后,针对它在第三代移动通信 WC M D A系统中 基带信号处理部分的应用, 文章讨论了 相关的调制解调, 信道编码, 滤 波器设计和语音编码等技术, 强调了软件无线电思想在这些技术中与D P S 编程的结合运 用;最后,论文以 一个电力载波专用 M dm 的软件实现为例,说明了 oe 软件无线电的 通 用和灵活配置性在有线通信领域中的 应用 J , ,. 介宫 移 通 系 中 关 调 和 道 码 术 其 u. 是 近 出 的 种 f 动 信 统 相 的 制 信 编 技 , 中Tb码 最 提 来 一 了 r 接近Sa o 性能限的信道编码; hn n n 考虑到成形滤波器在无码间 干扰数据通信中的重要作 用,我们在第四章里详细论述了 根升余弦 FR滤波器的设计,并给出了满足 3 P 要求 I GP 的实验结果:第五章则集中介绍了A MR声码器中V D ( A 语音激活检测)算法的原理与 实现;第六章里我们谈了 一个电 力载波专 M d 软件实现的 用 oe m 例子,借以表明在有线 通信领域,软件无线电的思想也有其应用的场所. 在附录中, 我们列举了一些相关的实 ( 文 分内 安 为: 一 是 论 第 章 述 件 线 的 念; 三 部 容的 排 第 章 绪 ; 二 综 软 无 电 概 第 章 各 i Q 验 仿 图 , 备 考卜认 一 和 真 表 以 参 . - 关 词 软 无 C 宽 f 主 移 鱼宣 丛 (CM )一 喧号 理(S) 键 :件线 萤i 址 动 兰 D A 皇 处 DP t f 委 W , 夔 , G S M K调制,Q S PK调制, u o Tr 编码,成形滤波器, b 语音激活检测 (A ) V D , 调制解调器V , / 7 , 厂 粉 尸 ,一 电子科技大学硕士论文 目录 ABSTRACT Sf r a o e r d o c i t e a e b o e h e oa a r i hs e e f m s r b hrdd sm i t pr nl ow e t d a m g r b ut o e l y o y n e s cm ui tn ad er a d ut s f r g o n asli tm n h t i l o m n aos o r t i si a o ei a etl t n a io c c i n t e e n r s n pt i o o o s ra h l d e u s i bi a i e m n bl dr . tdc t gnri, il d n i t c e cm o g a sna sIir u s e at fx i a a l o v o y t h l t d t o e h e l l bi n o a n e y e t y r ofu b t o r i cm uitn t s a wlm k t ie p ao e ngr i i t a o m n ao s e , i ae n r e tn c i a6 n h d o y t e c i y m n l h to ri s d e a og e nssm btr hltesy r e ssm At uh avno m n d r t e s ead o i ug d t y e . og t det i e yt e n e f p a l p a h t e l h h e f t te ta -cngr l n e a hns m y byn t lm h t o h r s w r r ofu b ui r l d t a l eod a c d e e o e e i a e v s a e一 u f i e h t e a f trgnri ssm , cneto s ta r i slhv p f n ipco bt hd ee tn t st ocp f w r a o l e o d at o i- ao y e h e s o e w a r u m f d i o n h t ho g s i u rl c r . t s fso e i c c t ky nqe e nl i ad si sute Ti h i it r t o e ad thi s c o e n n ta t u s h es f s n p n e e u d r s r s c A aiprnf eoit a ip mn tnt p et n sas e laos s m oa a t s y l e ao, a r i tt s apc i n t t f o m e ti h p h l re o p i tn c t d e e l u m o bsbn p csn iWC M m be m n ao s t s P)T e i l e n e ad e i n D A i cm ui tn e ( P. s n u a- r s g o ol o ci y m 3 s G h e d c m dli - m dli , necd g ft ds n g s e cdee . l, ou tn e ou tn canl i , r i i ad c oe t F aya ao d ao h o n i eg n n p h , i l l e e c n s ta m dm s n ip m n tn set a a ea p . a itet d ow r oe d i ad l eti a e c d n m l Te s x n f e eg n m e ao r l e s x e h i o e e m sf r rdos a oh r ot e iie i te c mmu iai f ls wa a d n o n t n d c o i e 一吸 Ca e a r ne afl n ts a agd oo i : hp r r r e s w g l Ca e dm ntt ssml ev w ad cb t hl r e o f ppr t I osa s e -vl s ds i s w o f m w rots e hp r e re yt e i n e re h e e e a k h a . i C at 2 cs s ta r is kr n, cp , thi e ad t tl hp r ius s wr a o bcg ud cnet ky n us p e i e d s e o e f d a o o s e e q c n o na apc i sC at 3 v eip m n tn e eoG K Q S m dm d b plao . p r oi s l e ao s m s MS , K e a Tr i tn h e p d m e ti c r h f P o n uo cd. o ew i hs esuu s a an prrac w s ee tb oeTr cd, c a nvl te ad z g fm n , blvd e u o h h o tc r n m i eo b r e a e i o m s c s t Sann C d g e w D t tn ii oe bnl rd ne o l le hno oi T o . a s so v admt canl t o o y s n h r a r m s n r i e h s a r uepl sai temntocnoiey bl rr c( I A p g r e is e p g l i e otl sm oiee ne ) sai fei q r u h n o a r r n r s i t n fe I . n i s t S h l t nee, c fs qi re cn v e -e tn ii . C at 4 w edd w i i N u t ad p i IIr r s so I hp r e h h y s u n a r d S fe m sn n e , t l o a d cs t ds n t d f ts d f e i WC M apc i s p s t ius eg m h s h k o i r D A lao ad e or s h i e o o i i f n e r n l t p itn n r n u e ep iet l. ( i A ti D t tn ia iprnca c rt ir u d xem nr usV D o e it eco) n oat a esc o c r e t A V c cvy e i s m t hr tii n d e s t b s e cds oi c m n aosCa e5 v ea g a ip m n tn y c oe om be uitn hp r oi s sn m l eti p h f l o e m c i . t p d d i n r e d e ao p n V D ot (MR e cds iWC M s t sI f ts ta r is l o A a rh A s c oe) D A e . a , w e o a f l im g p h e n y m n o r a s c f d i a fx i d of uaiy l a o irdcd o e cm ui t n d o l i l a r n gr l cu l b n oue i o r m n ao e f b i n e i bi o d e e t y c t s t n t o t h ci fl . p r r i s reep in ea p , ei m dm Eetc e id Cat 6 v e a hrxln g m l a c l e f l r Pwr es h e p d f - ai x e s a o o u t p o ci o r ta s i so r n m s in A p d e, c n e tra d em n g h ad e p v e e as ni sw i e m re et epr et ps t l, i sm dtl pe c h h u a le x i r a n a s r d o ei b o fr s i eet i sli p ccl w e i apc i p b m i bsbn o toe rs d o n r ta s ta r o plao r l s a - d h n t e n v g ai o r a - itn e n e a f d o s nl es g n D P. i ap csn ui Ss g r i s g o K y rs e Wo d : Sf a r i WC MA G , P G K Q S . ro d ow r a o t e d . D ( ) D . 3 S MS , K T b c e P u o Sai ft, . en hp g r A M dr n i VD o l e 电子科技大学硕士论文 第一章 绪论 第一章 绪论 1 软件无线电技术 软件无线电 st r ao ( f a r i ow e )是最近几年来提出 d 的一 种实现无线通信新的 体系结构. 它的提出 是针对现在无线通信领域存在的一 些问 题,如:多种通信体系并存, 各种标准 竞争激烈, 频率资源紧张等等. 特别是无线个人通信系统 ( G 的发展使得新的系统 如3 ) 层出不穷, 产品周期越来越短,原有的以 硬件为主的无线通信体制难以 适应这种局面, 软件无线电的概念便应运而生. 软件无线电 的概念是把硬件作为无线通信的 基本平台,而把尽可能多的无线及个人 通信功能用软件实现. 这样, 无线通信新系 统, 新产品的开发将逐步转移到软件上来, 而无线通信产业的产值将越来越多地体现在软件上.这是继模拟到数字,固定到移动之 后,无线通信领域的又一次重大突破. 虽然从软件无线电的 技术实现来看, 其决定性的步骤在于将AD和DA变换器尽量 / / 向 射频端靠拢, 但真正关键的步 骤是之后的整个处理都采用通用的可编程能力强的器件 ( D P CU等) 如 S, P 代替专用的数字电 路.由 此而带来的一系列好处才是软件无线电的 真正目 所在. 的 就目 前的应用来看,软件无线电的概念主要体现于基带数字信号处理上 面. 本文首先以WC M D A系统的应用为例, 就其调制, 信源信道编码等基带数字信号处 理的D P S 软件实 现作一说明, 借以 表现当 前阶段软件无线电 技术在新的一代移动通信系 统 (G 中的应用: 3) 然后,以一个软件实现的专用M dm为例, oe 表明软件无线电这种在 通用硬件平台上尽可能多的用软件实现通信功能的思想在传统有线通信领域中也有广阔 的应用天地. z CM 移动通信系统 W DA WC M D A移动通信系统是以欧 洲移动通信厂商为代表提出的第三代移动通信技术, 其无 输技术 ( 被 1 9 1月 际电 线传 R M) 9 年 1 的国 联赫尔辛 9 基会议以 家族 (ai) Fml 的概 y 念确定为推荐的三个标准之一. 相对于第 二 代移动通信系统来说,它的先进特性可以 描 述为 . . . . 多速率业务; 分组数据业务; 复杂的扩展: 一致上行链路使用用户专用导频; 电子科技大学硕十论 守 第 一 绪论 章 . 在下行信道附加导 道 频信 . 无 缝内部频率切换; . 下行信道快速功率控制; . 可选的多用户判别. 为这些先进特性的实现, 我们不但需要采用新的技术,更需要纳入新的思想, 软件无线 电思想的 应用即是其中一个很好的例子. 事实上, 现在无线通信系统正从2 G向3 0过渡, 移动通信具有多模式,多频段和多用户的特点, 面对多 种移动通信标准, 为实现全球移 动通信无缝连接, 对用户通话时提供不间断业务,在新的系统中 应用软件无线电 也是必 须的; 而且技术革新灵活, 造价较低,产品化较快. 遵照3 P S 6 T 2 和2 系列的建议, D A移动系统的 G P 5 WC M 调制技术为Q S 与其 PK( 相对应的2 G系统 G M的调制技术为G S ) 信道编码技术除传统的卷积码外, S M K, 还有 新的Tr 编码, uo b 信源编码根据新的多 速率业务要求采用了具有自 适应码率的A R语音 M 编码技术. 考虑论文背景的项目 因素, 本文将就Q S ( PK 重点在其中的成形滤波器设计上) 和G S M K技术,u o Tr 编码的母交织器设计 b 和A R语音编码的话音激活检测算法(A ) M VD 作为主 要研究内 容, 这些内容都属于基带数字信号处 理范畴,可以考虑用专门的D P S器 件编程实现. 3 电力载波专用 M dm oe 此 Mdm用于电力载波的 oe 数据传送,实现了 两路数传并具有热备份切换功能. 本文 将 绍 的 位 制 实 理 . 编 传 上此 分 通 模 或 字电 介 其中 相 调 解调 现原 和 S 程, 统 部 是 过 拟 数 路 P 来实现的; 这实际上也是对上面软件无线电 技术中调制算法软件实现的一种补充说明. 此外,本文还就此 Md 提出和实现了一种简单有效的码元同步算法. o, 4 本文研究内容及全文章节安排 综上所述,本文围绕软件无线电的思想,以 第三代移动通信系统中的基带数字信号 处理应用为主,旁及有线通信中的相位调制解调技术, 研究内 容涉及了 调制解调,信道 编码, 滤波器设计和语音编码等多 项技术领域. 其章 节安排如下: 第二章 软件无线电综述; 第三章 调制与信道编码技术的软件实现; 第四章 WC M D A中 基带成形滤波器的设计; 第五章 A MR声码器中的V D算法实现 A 第六章 软件化的Moe dm实现. 口 电子科技大学硕士论文 第二章 软件无线电综述 第二章 软件无线电综迷 1 弓言 ! 软件无线电 最初是在军事通信中提出来的.未来高 技术战争的指挥自 动化系统要求 通信保障具各协同, 机动,保密, 抗干扰和抗毁五种能力,而现有的无线电台都是根据 特定用途进行设计的,存在着工作频段,调制方式的差异,导 致不同部队以 及同一部队 内 部不同军事目 的的电台无法实现互通,形成了 军事装备品种杂,系列多,互 通差,协 同 难的 局面, 很难适应未来海, 陆, 空三军一体化立体作战的需要. 美国在 1 1 9 年海湾 9 战争中也遇到同 样的问 于是在战后美国军方 题, 和民 通信科技人员开始研究解决办法. 间 1 2 月,o il 9 年5 J M ta在美国国家建远程通信系统会议上首次提出了,ow rRd 9 e o f a ao S t e i 的概念. 希望用这种新技术来解决三军无线电台多 频段,多工作方式的互通问 题,并得 到美国军方的一致认可. 在民用方面,随着通信技术的迅猛发展, 新的通信体制与标准不断推出, 通信产品 的生存周期减小,开发费用上升,导致以硬件为基础的 传统通信体制无法适应这种新局 面.同时,不同体制间互通要求日 趋强烈,并且随 着通信业务的不断增长,无线频谱 变 得越来越挤,对现有通信系统的频带利用率及抗干扰能力提出了更高的要求.但是沿着 现有通信体制的发展方向,很难对频带重新规划.同时,若采用新的抗干扰方法,也要 求对现有通信系统的结构作出 很大调整,代价很大. 而软件无线电则提供了一种很好的 折中 解决方案. 软件无线电的基本思想是以 硬件作为其通用的基本平台,把尽可能多的无线及个人 通信的 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上来, 其产值也在软件上体现出 来. 软件无线电技术最终目 的是使通信系统摆脱硬件布线结构 的束缚,在系统结构相对稳定的情况下,通过软 件来实现各种功能,使得系统的改进和 升级都非常方便,代价小,同时不同系统间很容易互连与兼容. 当前, 对软件无线电的 研究在国际范围内 迅速展开. 98 月, 1 年4 第一届亚洲S 9 WR 专题讨论会在日 ki大学举行,19 年 5 本 e o 98 月欧洲委员会举办了第一届国际S WR专题 讨论会,1%年 1 月,软件无线电 9 0 被正式列入国家83 6 高技术计划通信主题研究项目. 时至今日 S 在 G M U委员会的文献中 , WR S M o 被当 S 作G M演化的 基础. 一些工业先驱, 如诺基亚,摩托罗拉己 经表示,当 技术成熟时, 他们有意从数字无线电 转向 软件无线电 ( 实际上这一过程已 开始进行) .而美国更早在 1 4年就提出和研制了两个软件无线电 9 9 的实验系统一美军的Se e y 频段多 p ka 1 a s 型多 模电台和M1 的Setu Wr 系统. . T pcr a. m 2 软件无线 电的概念与技术 2 1理想软件无线电模型 . . 电 了科技大学硕士论文 第二章 软件 无线电综述 从最初纯学术的角度看,术语 软件无线电 指的是通过软件重新配置无线接口, 可能是 T( et a) 用O Ao r i方式来下 通常假定 线端进 / v h r e 载, 在天 行AD变换( 如图2 所示) . 1 . 其标准平台 包括电 源,天线,多 频段 R F变换器,宽带ADA转换器及通用处理器和存 / 储器.虽然在很低的频率已 经可以 这样实现, 但对于高达 2 H G z的个人通信而言,实现 这种体系结构仍将有很长一段路要走 图2 1 理想的软件无线电模型 . 22软件无线电实用模型 . . 最近几年来, 更实用的定义己 经在个人通信领域出 它包括通过软件或O A下载 现, T 或其他方式重新配置任何层的无线协议栈,同时认为一些信号处理将继续在 R 路进 F电 行.其定义如图2 所示. . 2 图22 可配置性对协议栈的各层次都能提供较大的方便, . 其中一些己成为相关数字通信的标准 实际上, 针对理想软件无 线电模型与 j 今商业上实用技术间的巨大差距,一些手4 L 厂商对现有的产品进行改进 以谨慎而实际的方式实现软件无线电.下面给出了一家A - 有代表意义的日本厂商的方案. 其第一阶段方案如图 2 . 3所示,实现信道编码,信源编码和基于 D Pu S/ P / 可编程逻 辑器件软件的控制功能. 这个结构已经在今天的数字电话中使用,如P C产品,它允许 D 曰曰 电子科技大学硕士论文 第二章 软件无线电综述 在电话领域引入新的服务.其效果相当于在协议栈的顶层即应用层允许重新配置. 对该方案的扩展是通过软件实现基带 Moe ,如图2 所示. dm . 4 对其进一步扩展,整个体系结构最主要的改变是通过软件实现中频数字处理,允许 单个终端通过软件重新配置适应多 个无线接口 标准 ( 也即是对协议找的 最低层也可重新 配置) .如下页图 2 所示. . 5 图 2 3 手机可能的进化阶段 1 . 图 2 4 手机可能的进化阶段 2 . 这种实际方案与理想模型存在差距的原因可归 纳为: (硬件发展水平的制约; 1 ) (目 2 前对软件无线电的 ) 研究工作还处于起步阶段; (传统的 3 ) 通信系统的体系结构也 在很大程度 仁 影响着目 前的软件无线电 体制研究. 但考虑到软件无线电能使通信系统摆脱硬件系统结构的束缚, 在系统结构相对通用和稳 定的情况下,通过软件实现各种功能,使得系统的改进和升级非常方便且代价小,且不 生F 科技大学硕 士论文 第二章 软件无线电综述 同的系统间能够互联和兼容; 这些差距和问 题是可以 理解的,且 值得为解决这些问 题而 努力. 而传统的数字无线电即使进一步发展也不能做到这一点,它只会导致对硬件和系 统结构更多的依赖. 图2 5 手机可能的进化阶段 3 . 23软件无线电的特点与优势 . . 23 1软件无线电的基本特征 . . . 通过前面的论述,可以 看出,软件无线电 具有以 下的 基本特征: . 充分数字化.从信源基带信号到射频信号都己 尽可能实现数字化. . 完全的可编程性. 通过更换程序和模块插件来适应多频段和多种工作模式. . 多频段转换.具有良 好的多频天线和可程控的多频段,多功率射频转换能力,具 有 宽带的能接近天线的数膜 , 模擞 转换能力. . 模块化设计.采用高 标准,高性能,开放式的总线结构,能支持并行,流水线和异 种多处理机,支持模块化设计. . 多 种业务.利用可编程性可以 方便且 低成本地增加和改进无线通信业务功能, 移动 性的信源终端应允许多种通信业务 ( 话音,传真和数据等)的接入, 标准基站应具 有与公共电 话交换网 (SN 互通的能力及对系统的维护能力. PT ) 在更高的应用中,发送时还将具备标注信道,探测传播信道,进行智能调制方式选 择,电 调天线波束;选择合适功率电平的能力.同样,接收时将能够标注本信道与邻信 道的能量分布,识别接收信号的模式,自 适应地消除干扰,对所要求信号多径特性进行 估计,自 适应均衡,对信道调制进行树状译码以及通过 F C达到尽可能低的误码率等. E 232软件无线电的优势 . . . 软件无线电与传统通信系统相比其优势在于: ( 系统结构通用, 朴 功能 灵活,改 进升级方便.高速 AD DA为一个标准接口 /, / 将 R/ FI F部分与通用的数字/ 软件部分连接起来,高速 AD, / DA和数字软件部 / 分只要求带宽与处理能力满足要求,都具有很高的通用性. 电子科技大学硕士论文 第二章 软件无线电综述 ( 2 )提供不同系统互操作的的可能 如前面图2 所示, 性. . 2 对于不同的体制标准可以 通过不同协议栈提供支持,对于新的技术标准可以通过软件下载动态更新. ( 3 )复用的 优势.由 其结构的一 于 致性, 使得模块化思 想得以 很好地实 而 现, 模块 的通用性,使得不同系统及其本身的升级系统很容易复用. ( 4 )软件生 存期 决定了 通信系 统的生 存期.由 件开 于软 发成本小 降 更新换 低了 代 成本. ( 5 )软件实现的 系统主 功能, 要 更易于 新的 采用 信号处 理手段 ( 法) 提高 统 和算 , 系 抗干扰性能. 24软件无线电关键技术 . 前面详细讨论了 软件无线电的内 容,可以 看出要发挥软件无线电的优势, 必须解决 如下关键技术: 多频段,多波束天线与宽带射频 对软件无线电的天线要求 1 倍频程以上的工作带宽 (. 3 ) 而且还要 0 0 -G , 4 保证天线的增益, 物理尺寸,价格等方面满足要求.但在实际应用中并没有必 要全频段覆盖,而只需要不同 频段的几个窗口,因此可以 采用组合式多 频段天 线. 对于宽带射频则要求能在81倍频程工作,且可以 -0 进行调谐和能量控制. 此外,宽带低噪声前置放大器 (N ) L A 也是一项关键技术. 高速数字信号处理部分 该部分包括数字上下变频,基带处理,调制解调,比 特流处理及解码:对 于跳频和扩频系统, 该部分还包括解扩和解跳. 这部分功能的实现对单片 D P S 提出了更高的要求,包括要有更多的乘加器和寄存器,更宽的程序总线, S DM M I / I D结构及采用超指令 (L M V I 等等. W) 其中,数字上下变频部分包括数字下变频,滤波及二次采样,分离所需要 的信号, 是系统数字处理中 运算量最大 的部分, 也是难点. 对于该部分可用专 用的可编程器件来实现. 宽带 AD部分 / 决定宽带数/ 模性能的关键因素 是采样速率和位数,采样速率是由信 号带宽决定的,量化位数则要求满足 一定的动态范围和数字信号处理精 度.现在的处理芯片可能无法同时满 足这两方面的要求,可以采用多个 AD并联的方式.如右图2 所示. / . 6 图 2 6软件无线电中的宽带 A D . , 部分 高性能的互连结构 该部分的功能是解决如何实现系统中各功能单元互联的闰题,以便组成一 电子科技大学硕士论文 第二章 软件无线电 综述 个开放,o f 扩展的硬件平台,同时具有较高的数据吞吐率.在传统的系统结构 中一般采用流水线形式进行互联, 特点是各功能单元之间用电 其 路相连,若要 增加,删除或修改某一部分功能,则与其相应的功能模块都要作出 相应调整, 因此该结构不具有开放性.而软件无线电 须采用一种新的互联结构.该结构 必 的特点是实现比 较简单, 而且有许多 工业 标准可以直接应用 ( V E总线, 如 M PI M l u Fteu 等) 但总线的时分机制使得吞吐率很低,不 C 总线, ui s, u r s , t b ub 适合实时性要求较高的通信系统. 清华大学已 研制出 基于交换的硬件平台结构, 该结构采用适配交换网为各功能模块提供统一的数据通信服务,并己 证明较传 统总线具有更好的吞吐率和实时性能. 软件协议和标准 目前,国外正在研究如何实现软件的 P g a,并提出了基于 l & Py u l JV /O A B 的软 件 协 议和 标准 ( o m n Oj t qe Boe AAC R Cm o b c R us r r e e t k Acic r e,公共对象请求代理体系结构) r tt heu ,该标准是由面向对象管理集团 ( MG 制定的.基于 O ) 软件总线的思想,就是建立一个基于标准,开放, 易用的体系结构.所谓的 软件总线 和通常所说的 硬件总线类似,就是 将应用模块按标准做成组件,插入总线即可实现集成运行,从而支持分布式计 算环境.这种设计思想与软件系统中软件的可重用性是一致的. 过去, S 一般采用高 级 C语言甚至汇编语言. DP 为了 适应未来无线访问因 特网和多媒体业务的需要,19 97年 1 0月, I Sn公司得到授权,获准将 T从 u Pr nl v 语言嵌入在D P Prnl 是一种适合个人网络连接和应 e oaJ a s a S 中. eoaJ a s a v 用的J a a 环境, v 基于该环境的个人通信系统, 从一般网络和因特网上下载 可以 数据和图像. 另一个方面是软件的下载机制,即 无线接口 重新配置的方法问 题. 通常有 三种选择:静态,伪静态与动态软件下载. 静杰下载(ac n a) 是S R 机可以 st dw l d 指的 D 手 ti o o 支持大量标准, 这些标 静态的 准以 方式预先编程,使用时采用其中之一.这可能是第一步. 伪静在下载(ed-ac n a, 是使 O A下载到一个预先配置的 端 p uoti dw l d 指的 用 T s st o o 终 来适应特定的应用,协议或无线接口 集合. 很明显,这种方法在静态下载的基础上 增加了灵活性,因为,它给了网络操作者更多 的控制权,同时对用户透明. 动态 下载( nmc n a) d a idw l d 提供了 y o o 进一步的 活 允 灵 性, 许在呼叫时 T 用OA重新 配 置,例如可以为时变性很强的多 媒体业务 提供所需的带宽. 当前, D 坛正在就软件下载机制及应用程序接口 S R论 进行研究, 以便建 立 一个具有广泛兼容性的框架. 软件无线 电在第三代移动通信中的应用 3 1第三代移动通信系统 . 近年来,移动通信技术发展非常迅速,全球出现了多个移动通信技术标准.第 一 代 移动通信如A P 和 T C 等系统, MS AS 运用的是模拟技术.第二代移动通信技术则实现了 完全的数字化, 其中以G M为突出 S 代表, 获得了相当广泛的应用. S 5 I- 窄带 C M 9 D A系 电子科技大学硕士论文 第二章 软件无线电综述 统也因语音质量好,容量大而发展迅速.但在用户数量不断增长的情况下,频率资源十 分紧缺,需要有更先进的技术来充分利用频率资源.此外, 随着宽带多媒体技术及信息 高速公路的发展, 用户对移动通信系统的业务要求不仅仅是 语音服务, 还包括数据通信, 宽带多媒体信息以及因特网 接入等等. 在这种背景下,T IU提出了第三代移动通信的 概 念,并将其命名为 I T 00 M 20,即在 20 年以 00 后的几年里,在 20MH 频段上,利用第 00 z 三代移动通信提供从基本的语音服务到高速数据服务, 能够接入因特网.第三代移动通 信系统同 能 时 提供电 交换 组交换业务 数 路 和分 , 据速率从 最低8bs 8 bs 直至 K p到3 kp, 最 4 高2 bs 此 M p. 外, 它还能提 供对称和非对 称业务, 持W b 支 e 方式浏览 和视频会议. 因此,第三代移动通信标准有两个主要目 标: ( 媒体,宽带化, 1 )实现多 智能化和高 质量的全球通信; ( 范 呼, 绳, 窝 低 道 星 的多 标准, 无 蜂 和 轨 工 在内 种 2 )规 寻 统一 接口, 空中 . 对于第三代移动通信系统,争论最多的还是无线传输体制问题.目前具有代表性传 输体制的系统主要有三个: 1 以 ( 欧洲为 ) 代表的 基于G M系 S 统的T M 统:2 以 D A系 ( 北 ) 美为代表的基于窄带I 9 的C M S 5 D A系统二3 以日 - ( ) 本为代表的宽带C M D A系统.由于 受利益驱使和应用场合的限 制,全世界的无 线移动个人通信不可能统一到一种制式上. 在不同的应用场合,不同的体制也有其固有的优越性,其它体制无法代替,因此不同体 制的互联已 成为一个重要的讨论课题.多种体制并存是未来无线移动通信系统的必然趋 势,I T00 M 20 技术小组也因此提出了无线接口规范的家族概念. 软件无线电 通过对模拟和数字硬件功能软件化,达到了 提高业务质量和信道接入灵 活性的目 标,软件无线电 在标准兼容性, 技术 接入和经济性之间能够很好地折衷,是实 现不同多址接入方式兼容的最佳方案. 通过软件无线电 技术对多种体制进行综合,开发 出新一代的多 模式移动手机,是人们摆脱终端的束缚,实现一机在手漫游天下的设想, 己 成为第三代移动通信的发展方向口 对于第三代移动通信系统, 国际上还提出 一种新的 发展思路, 即引入无 T 线A M的体 系结构. T A M具有提供兼容不同业务的能力 ,软件无线电 具有提供兼容各种无线通信体 制的能力, T A M层则是这两种技术的结合点, 它对上 T A M适配层) 将物理层的传输能 力抽象成资源, 对下 ( 物理层) 通过软件无 线电技术兼容各种不同的多 址方式和调制方 式. 这样, T 将A M技术和软件无线电 技术有机结合起来, 构成 可以 万能的第三代移 动通信系统,使人类真正实现在任何时间, 任何地点可以与任何人以任意方式通信的最 高通信境界. 32 软件无线电技术在系统设计中的应用 . 由于在前面已 就移动台的软件无线电 结构作了 讨论, 这里主要给出 基站的软件无线 电结构 ( 如图2 所示) 至于基站和移动台共有的基带实时 ( . 7 . 数字) 处理段则是本 信号 文的重点部分, 将在后面的章节中进行比较详细和深入地讨论. 基站软件无线电结构由三部分构成:实时信道处理流,环境管理流和在线与离线软 件工具. 实时信道处理流又可分为天线部分,创频变换部分,中频处理部分,基带处理部分 和比 特流信源部分. 射频变换部分完成由射频至适用于宽带 ADA标准中频的信号变换. / 中频处理部分完成发送和接收的中频信号与 基带信号之间的映射.基带部分完成信道调 制,格码和软判决参数估计.比 特流处理部分完成比 特流的前向纠错 (E ) 包括比 FC , 特 交织,自 动重复请求 (R ) A Q 检测和响应, 帧分配,比 特填充和无线链路安全编码. 在 电子科技大学硕士论文 第二章 软件无线电 综述 这三部分中,信道处理流必须要求实时处理,环境管理流可以采用准实时处理,软件工 具则可采用在线或尸 和离线方式. 功率 信道带宽 业务接入带宽 图 2 7 移动蜂窝基站的软件无线电结构 . 下面进一步给出实时信道处理 流的D P S 硬件体系结构 ( 见下页图2 ) 其中, R P . 8 DS 是数字接收器信号处理器,D S 是数字发 TP 送器信号处理器, C N O是数控震荡器. 4 软件无线电技术与有线通信 软件无线电 虽然是为更好地实现无线通信提出 来的新的体系结构,但其在基本的通 用硬件平台上把尽可能多的信号处理部分用软件实 ( 现 而不象传统体制一 样依赖于硬件 和体系结构) 适应多 ,以 频段, 多用户和多体制的 通信系统的思想也能 通用 应用于有线通 信领域.比如多模式的M dm oe .多体制的信令控制器等等. 考虑到目 前有线网 接入部分 还更多的依赖于普通的同轴电缆, 双绞线 而不是光缆) 在越来越丰富的宽带用户业务 , 要求面前,频率资源还是相当紧张的, 有与 移动通信发展应用软件无线电 技术相类似的 背景;在某些专用通信系统 ( 如电力载波通信系统)里更如此.有线通信系统应用软件 无线电技术,软件无线电的基本特征,优势与应注意的关键技术关键点与上面小节所讲 的基本上一 后面我们将就电 致. 力载波专 用的M d o m为例, e 谈一谈软件无线电技术在有 线通信中的应用,其重点仍放在基带信号处理的D P S 实现上. 电子 科技大学硕士论文 第二章 软件无线电综述 DSs RP 4 Xn 图28基站实时信号处理流硬件体系结构 . 5 结束语 软件无线电 被认为是2 世纪无 1 线通信领域的核心技术之一, 加紧对其研究, 使我国 在第三代移动通信系统市场中占 有一席之地,是每一个中国 通信公司和研究人员义不 容 辞的责任. 本章就其一些上层内容 进行了 介绍, 有关核心技术的研究超出了 本文的 范围, 但其是软件无线电 实用化必不可少的内容,因此, 是下一步的研究重点. 作为目 件 前软 无线电 实现的方向 和重点,后面的章节中,我们将就其中部分基带信号处理相关的内 容 ( 尤其是与D P S 编程结合在一起的处理)进行比 较深入的研究和讨论 电子科技大学硕士论文 第三章 调制与信道编码技术的软件实现 第三章 调制与信道编码技术的软件实现 1 引言 数字调制解调技术和信道编码技术都是通信系统的重要组成部分,也是当前软件无 线电应用研究的主要课题. 本章承接上一章 所讲述的软件无线电的基本特征与 应用模型, 以第三代移动通信WC M D A系统中 将要采用的调制和信道编码技术为例, 对其软件实现 进行说明,尤其强调它与 D P S 技术的结合运用. 与 G M 系统替代以前的模拟移动系 S 统不同,未来的WC MA系统应考虑移动通信 D 的现状和用户的要求, S 对G M系统前向兼 这种兼容, 容; 更多的体现在软件模块上, 而 不应依赖于某个特定的硬件系统.表现在调制技术上,我们的基站或移动台 应同时支持 QS PK调制 ( D A系统采用) G S WC M 和 M K调制 ( S G M系统采用) 方式: 即是说, 我们 应在同一个硬件平台 上实现不同的功能 模块 ( 这些功能最好用软件来完成) 这一点正是 . 软件无线电 所倡导 也是目 的, 前的D P 够 成的 下面我们将就G S 调制和Q S S能 完 . MK PK 调制的D P S 方案加以说明,可以 发现二者的硬件平台是类似且相容的;即 是说,二 者可 统一在一个平台 到时只要根据不同的指令( 上, 甚或自 适应/ 智能) 即可完成要求的G S MK 或QS PK调制解调,从而体现出软件无线电思想对多 模式通信系统问 题的解决思路. WC M D A系统的信道编码包括卷积码和Tr 码.前者具有相应成熟的元器件或纯 u. b 软件算法,已 完成了软化实现的目的; 后者是近年来新提出的一种性能相当优异 ( 纠错 能力己 接近 Sa o 限) h nn ,但算法较为复杂的 n 信道编码.本文提出了 一种软化实现 Tr uo b 码的思路, 并对其母交织器部分进行了 仿真实验.考虑到目 前D P S 的速度和性价比, 我 们的 Tr u o实现方案存在外围的高速可 b 编程逻辑器件组成的编解码硬件加速器, 还不能 做到完全的 软件实现; 但这一思路在将来性价比高的D P S 出现后, 是可以 转化为D P S上 的全软件实现的. 卷积码和 Tr u o码模块应同时存在于一个系统平台中,系统将观察信 b 道状况, 根据网 络操作者的指令或自 适应地选择某一种信道编码方式. 这一点同上面讲 的WC M D A系统中的调制技术一样,也存在多模式系统的概念. 2 调制解调器的 DP S 实现 2 1移动通信系统中的调制解调技术 . . 数字调制解调技术是数字蜂窝移动通信系统空中接口的重要组成部分.在不同的蜂 窝半径和应用环境下,移动通信的信道将呈现不同的衰落特性.而在给定信道条件下, 电子科技大学硕士论文 第三章 调制与信道编码技术的软件实现 寻找性能优良 的高效调制方式一直是移动系统中 重要的研究课题. 下表3 给出了 . 1 几种常 用调制方式特性的对比. 表 3 1 常用调制方式特性对比 . A SK P K FK S/S A & P K S 需要线性功放 对信道特性敏感 对频率相位误差敏感 对信道特性不敏感 对多普勒频移和载波相位敏感 良 好的频谱特性 需要线性功放 对信道特性和相位敏感 结合当 技术条件和系统要求, S 时的 G M和3 P 分别选用了G S GP M K和Q S PK的调制 方式.在选定调制方式后,如何加以实现也是一个值得注意的问题.观察下面的基带通 信原理图 ( 下图3 , . 调制方式以D PK为 , 1 Q S 例) 我们会发现用D P S 实现调制和解调有 . 2 现阶段用D P S 实现 M dm的优势和缺点. oe 很 多好 处 .在下表 3 中我们列举出了 八产 图 31 . 基带通信原理图 ( D P K 以 Q S 为例) 表 3 2 S 实现 M d.的优势与缺点 . P D oe 优势 缺点 包) 抗噪声性能好; 较模拟实现更接近理想情