1 绪论。
软件无线电(software defined radio，sdr)是一种以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线通信体系结构。
1．1 软件无线电的**与发展。
20世纪80年代初开始的软件无线电的革命，把无线电的功能和业务从硬件的束缚中解放出来。2023年5月在美国通信系统会议上首次提出了“软件无线电”（swr）的概念。2023年涉及软件无线电的计划有军用的speakeasy（易通话），以及为第三代移动通信（3g）开发基于软件的空中接口计划，即灵活可互操作无线电系统与技术（first）。
从2023年开始，由理想的swr转向与当前技术发展相适应的软件无线电，即软件定义的无线电（sdr）。2023年以后，集中关注使sdr的3g成为可能的问题[1]。
在第三代移动通信系统所要实现的目标与系统的特点中，核心的问题是提供不同环境下的多**业务及实现包含水、陆、空的全球覆盖。软件无线电作为通信系统提供一种新型的结构，能够解决多频多模式、多业务终端问题。
1．2 软件无线电的基本思想及结构。
软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。
软件无线电的结构就是宽带模数及数模变换器（a/d及d/a）、大量专用/通用处理器、数字信号处理器（dsp）构成尽可能靠近射频天线的一个硬件平台。在硬件平台上尽量利用软件技术来实现无线电的各种功能模块并将功能模块按需要组合成无线电系统。图1.
1为理想软件无线电系统结构框图。
图1.1 理想软件无线电的系统结构。
1．3 软件无线电的主要特点。
首先，软件无线电最基本的特点是系统重构性：即系统功能随着需求改变的能力，又称可编程。软件无线的可重构性使其利于互换，因为不同的通信系统都基于相同标准的硬件平台，只要加载相应的软件就可完成不同的电台与不同系统之间的互联。
其次，系统功能软件化：软件无线电将a/d变换尽量向射频端靠拢，将中频以下全部进行数字化处理，以使通信功能由软件来控制，系统的更新换代变成软件版本的升级，开发周期与费用大为降低。
第三，系统结构实现模块化：采用模块化设计，模块的物理和电气接**术指标符合开放标准。同类模块通用性好，通过更换或升级某模块就可实现新的通信功能。
第四，系统监控方便：由于软件无线电至少在中频以后进行数字化处理，通过软件就可很方便地完成宽带天线监控、系统频带调整、信道监测与自适应选择、信号波形**编程、调制解调方式控制及信源编码与加密处理[2]。
1.4 软件无线电的主要技术。
软件无线电的关键技术包括多频段多波束天线、宽带射频信号处理、宽带a/d变换和高速数字信号处理等。
1.4.1多频段、多波束天线与宽带rf信号处理。
软件无线电的工作频率范围应尽可能地覆盖2～2000 mhz。天线应该能覆盖10倍频程，实现起来有两种方式：①对于每个系统和波段使用单独的天线；②采用多模式天线。
为了能高质量、低成本地接收到大范围的射频信号，需要在射频进行数字化处理。
1.4.2宽带a/d变换。
软件无线电结构的基本特征之一就是使a/d变换尽量靠近射频端，由于芯片技术所限，目前把数字化点放在中频端。中频信号的带宽通常在十几兆赫到几十兆赫，这种数字化有别于一般工程中的模数变换，要求具有相当高的抽样频率、位数和一定的动态范围。
1.4.3 高速数字信号处理。
高速数字信号处理(dsp)部分主要完成基带处理、调制解调、比特流处理和编码解码等工作，需要很大的运算量，所以要求dsp模块具有高速的指令执行速度，同时还要具备功能强大的指令系统。高精度的数据处理。由于数字信号处理中所固有的量化效应和有限长寄存器效应的影响，产生了误差和误差累积，这就要求处理器支持高精度运算、高速数据交换能力。
1．5 本课题研究的内容。
本课题通过对软件无线电基本理论的研究，采用altera 公司推出的dsp 开发的开发工具dsp builder 软件，设计了一种适合于软件无线电使用的可调中频数字调制解调器，实现fsk、psk、ask、am、fm 五种调制方式和fsk、psk、ask、am四种解调方式，最终在fpga开发板上进行硬件测试。
本文第二章介绍了软件无线电的相关理论，通过fpga在软件无线电中的运用，体现了fpga实现软件无线电技术的优势，最后介绍了运用dsp builder软件的设计流程。
本文第三章介绍了调制解调的基本理论，通过对理论的理解，对五种调制和四种解调方式进行结构设计，最终在simulink和modelsim中得到**结果，验证了设计的正确性。
本文第四章介绍fir滤波器的基本理论和设计方法，以及数字滤波器的两种不同实现方式，最后研究一种基于fpga的高效实现方案。
本文第五章对本课题设计的调制解调电路在fpga实现。
从全文结构上看，第二章介绍了软件无线电的基本理论，为后续研究打下了基础；第三，四章为本课题的主要设计部分，体现设计的结果，通过**将一系列软件无线电的原理进行验证；第五章对本课题设计的调制解调电路进行开发板上的硬件测试。
2 软件无线电概述。
2.1 软件无线电的核心理论。
软件无线电的宗旨就是尽可能地简化射频模拟前端，使a/d转换尽可能地靠近天线去完成模拟信号的数字化，数字化后的信号要尽可能多地用软件来进行处理，实现各种功能和指标。因此软件无线电的理论体系主要包括带通采样、数字上下变频、多速率信号处理、高效数字滤波器、同步技术以及调制解调原理。
2.1.1采样定理。
采样定理：设有一个频率带限信号，其频带限制在内，如果以不小于的采样速率对进行等间隔采样，得到时间离散的采样信号(其中称为采样间隔），原信号将被所得到的采样值完全确定。
2.1.2 带通信号采样定理。
带通信号采样定理是指，设一个频率带限信号，其频带限制在内，如果其采样速率满足：
式中，n取能满足的最大正整数，则用进行等间隔采样所得到的信号采样值能准确地确定原信号。
2.1.3 数字上下变频技术。
数字上下变频从工作原理上讲，与模拟下变频类似，就是输入信号与一个本地振荡信号的乘法运算。与模拟下变频相比，数字下变频的运算速度受dsp处理速度的限制，同时其运算速度决定了其输入信号数据流可达到的最高速率，相应地也限定了adc的最高采样速率。
2.1.4 多速率信号处理。
多速率信号处理主要研究数字信号处理中的采样率变换问题，为降速处理的实现提供了理论依据。在软件无线电中，多速率信号处理中的抽取理论和内插理论是接收机和发射机的理论基础。
2.1.5 数字滤波理论。
数字滤波器指输入、输出均为数字信号，通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分的数字器件。数字滤波器和模拟滤波器实现的功能相同，只是信号形式和实现滤波的方法不同。图2.
1为数字滤波器的原理框图：
图2.1 数字滤波器的原理框图。
最为普通的数字滤波器就是线性时间不变量(lti)滤波器，lti数字滤波器通常分成有限脉冲响应(fir)和无限脉冲响应(iir)两大类。fir滤波器由有限个采样值组成，将卷积的数量降低到在每个采样时刻为有限个。而iir滤波器需要执行无限数量次卷积。
fir滤波器具有很好的线性相位特性，使得它越来越受到广泛的重视。
本文第三章将详细介绍fir数字滤波器的设计。
2.1.6同步技术。
软件无线电的同步技术主要分为：载波同步，位同步和帧同步。在数字通信系统中，接收端要正确地接收对方的信息，必须从接收信号中恢复出载波信号，使双方载波的频率、相位一致，即载波同步；由于消息是一串连续的码元序列，解调时必须知道码元的起止时刻，即码同步；由于一定数量的码元表示某种信息，这些码元就构成了一帧，接收时也需要知道帧的开始与结束，即帧同步。
2.1.7 调制解调理论。
根据调制信号是模拟信号还是数字信号，相应的调制方式可分为模拟连续波调制（简称模拟调制）和数字连续波调制（简称数字调制）。
模拟调制可分为幅度调制、角度调制两类。幅度调制又称线性调制，主要有：常规双边带调幅（am）、单边带调制（ssb）等。
图2.2为幅度调制器的一般模型。角度调制，又称非线性调制，主要有调频(fm)、调相(pm)。
图2.2 线性调制一般模型。
数字调制也可分为线性调制和非线性调制。**性调制中，已调信号的频谱结构与基带信号相同，只是频率位置的搬移；在非线性调制中，已调信号的频谱结构与基带信号不同，有新的频率分量出现。数字调制在二进制时的三种基本信号为振幅键控（ask）、移频键控（fsk）和移相键控（psk）。
其中ask属于线性调制， fsk和移psk通常属于非线性调制。图2.3为数字调制系统的基本结构图。
图2.3 数字调制系统的基本结构图。
本文第四章将详细介绍关于am,fm,2ask,2fsk,2psk五种调制解调系统的设计。
2.2 fpga在软件无线电中的工程应用。
fpga（现场可编程门阵列）是近年来迅速发展的可编程逻辑器件。它具有半定制门阵列的通用结构，即由逻辑功能块排列成阵列组成，并由可编程的互连资源连接这些逻辑功能块来实现所需要的设计[3]。
2.2.1 fpga的主要特点。
fpga器件是由大量逻辑宏单元构成的。通过配置，可以使这些逻辑宏单元形成不同的硬件结构，从而构成不同的电子系统，完成不同的功能。正是fpga的这种硬件重构的灵活性，使得设计者能够将硬件描述语言(如vhdl或verilog)描述的电路在fpga中实现。
这样以来，同一块fpga能实现许多完全不同的电路结构和功能。其特点主要为：
1）fpga的高速数据流处理能力。
fpga主要采用两种设计思想：串并转换的设计思想和流水线操作设计思想。串并转换的设计思想，即将串行数据转换为并行数据，对并行的几路数据同时处理，提高了数据流的处理速度。
串并转换是fpga设计的一个重要思想，它是数据流处理的常用手段，也是面积与速度互换思想的直接体现；流水线处理是高速设计中的一个常用设计手段。流水线处理方式之所以能够很大程度上提高数据流的处理速度，是因为复制了处理模块，它是面积换取速度思想的又一种具体体现。图2.
4为fpga进行流水线设计流程[4]。
图2.4 fpga的流水线设计。
2）模块化设计。
fpga主要采用模块化设计方式：由顶向下设计，将大规模复杂系统按照一定规则划分成若干模块，利于模块的划分与复用，然后对每个模块进行设计输入、综合，并将实现结果约束在预先设置好的区域内，这样体现了良好的可移植性和通用性，设计不因芯片的工艺与结构的变化而变化，更利于asic的移植。最后将所有模块的实现结果有机地组织起来，就能完成整个系统的设计，从而保证了设计的稳定性与可靠性。
模块化设计方法最显著的优势有两个：一是协同设计，即可以在最大程度上互不干扰地设计子模块，从而加速了项目进度；二是在调试、更改某个有缺陷的子模块时，并不会影响到其他模块的实现结果，从而保证了设计的稳定性与可靠性[5]。
认知无线电到软件无线电
掌銮。武警石家庄士官学校。武。颖。摘要 认知无线电技术进一步扩展了软件无线电 的功能，成为解决频谱资源匮乏问题的有效方法。基于认知无线电在无线通信中的重要作用，介绍了认知无线电的概念，概述了认知无线电在民用和军用领域的应用情况，讨论了认知无线电涉及的关键技术，指出了开展认知无线电技术研究的重要意义 ...
软件无线电
4g软件无线电处理器体系结构研究。移动设备在以一个惊人的速度在全球范围内普及，现已成为人们生活中不可缺少的组成部分。目前世界范围内商用移动通信技术已经进入4g移动通信时代。软件无线电的基本思想是以一个通用 标准 模块化的硬件平台为依托，通过加载模块化 标准化和通用化的软件，实现各种无线通信协议的一种...
软件无线电
软件无线电结课 题目 软件无线电的应用。学院 xxxxxxxxxx学院。专业班级 xxxxxxxxxxx班。任课教师 xxxxxxx 姓名 x x 学号 xxxxxxxxx 日期 2010年01月。摘要。软件无线电的基本思想是以一个通用 标准 模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种...