SDR軟件無(wú)線電的測(cè)量

所謂軟件無(wú)線電(Software Defined Radio,簡(jiǎn)稱SDR)，就是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺(tái)上，利用軟件來(lái)定義實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號(hào)的基帶處理等等。即整個(gè)無(wú)線電臺(tái)從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來(lái)完成。

其核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，盡早地完成信號(hào)的數(shù)字化，從而使得無(wú)線電臺(tái)的功能盡可能地用軟件來(lái)定義和實(shí)現(xiàn)?？傊?，軟件無(wú)線電是一種基于數(shù)字信號(hào)處理(DSP)芯片，以軟件為核心的嶄新無(wú)線通信體系結(jié)構(gòu)。

軟件無(wú)線電的核心是以一個(gè)通用硬件平臺(tái)上，通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的各種功能。天線后端把高頻信號(hào)數(shù)字化處理，進(jìn)行A/D和D/A變換，后面的模塊實(shí)現(xiàn)功能的軟件化。軟件無(wú)線電強(qiáng)調(diào)體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性和全面可編程性，通過(guò)軟件的更新改變硬件的配置結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新的功能。軟件無(wú)線電采用標(biāo)準(zhǔn)的、高性能的開(kāi)放式總線結(jié)構(gòu)，以利于硬件模塊的不斷升級(jí)和擴(kuò)展。軟件無(wú)線電的基本組成結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)框圖

軟件無(wú)線電主要由天線、射頻前端、高速A/D-D/A轉(zhuǎn)換器、通用和專用數(shù)字信號(hào)處理器、低速A/D-D/A轉(zhuǎn)換器以及各種接口和各種軟件所組成。軟件無(wú)線電的天線一般要覆蓋比較寬的頻段，比如1MHz~2000MHz，要求每個(gè)頻段的特性均勻，以滿足各種業(yè)務(wù)的需求。例如可為VHF/UHF的視距通信、UHF衛(wèi)星通信，HF通信作為備用通信方式。

在發(fā)射時(shí)RF部分主要完成濾波、功率放大等任務(wù)，接收時(shí)實(shí)現(xiàn)濾波、放大等功能。因?qū)崿F(xiàn)射頻直接帶通采樣，要求A/D轉(zhuǎn)換器有足夠的工作帶寬(例如2000MHz以上)，較高的采樣速率(一般在60MHz以上)，而且要有較高的A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)，以提高動(dòng)態(tài)范圍。目前8位A/D轉(zhuǎn)換器的工作帶寬已做到1500MHz以上。

模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化后的處理任務(wù)全由DSP和專用的可編程處理器的軟件來(lái)承擔(dān)。為了減輕通用DSP的處理壓力，通常把A/D轉(zhuǎn)換器傳來(lái)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)專用數(shù)字信號(hào)處理器件(如數(shù)字下變頻器DDC)處理，降低數(shù)據(jù)流速率，并把信號(hào)變至基帶后，再把數(shù)據(jù)送給通用DSP進(jìn)行處理。通用DSP主要完成各種數(shù)據(jù)率相對(duì)較低的基帶信號(hào)的處理，比如信號(hào)的調(diào)制解調(diào)，各種抗干擾、抗衰落、自適應(yīng)均衡算法的實(shí)現(xiàn)等。還要完成經(jīng)信源編碼后的前向糾錯(cuò)(FEC),幀調(diào)整、比特填充和鏈路加密等算法。也有采用多DSP芯片并行處理的方法，以提高其處理的能力。

軟件無(wú)線電具有如下的特點(diǎn)

第一、具有很強(qiáng)的靈活性，軟件無(wú)線電可以通過(guò)增加軟件模塊來(lái)增加新的通信功能?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)用不同的軟件，轉(zhuǎn)換不同的通信方式，實(shí)現(xiàn)與其他無(wú)線電臺(tái)的通信，并可作為其他電臺(tái)的射頻中繼。

第二、具有極強(qiáng)的開(kāi)放性。軟件無(wú)線電采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的結(jié)構(gòu)，其硬件可以隨著器件技術(shù)的發(fā)展而更新或擴(kuò)展。軟件無(wú)線電不僅能和新體制電臺(tái)通信還能與舊體制電臺(tái)兼容，延長(zhǎng)了無(wú)線電臺(tái)的生命周期。

軟件無(wú)線電的測(cè)量

1.發(fā)射機(jī)測(cè)試：主要測(cè)試發(fā)射機(jī)發(fā)出信號(hào)的質(zhì)量。主要測(cè)試指標(biāo)：矢量調(diào)制誤差，輸出功率，頻譜參數(shù)等。

2.接收機(jī)測(cè)試：

a. 接收機(jī)邏輯功能測(cè)試：

驗(yàn)證接收機(jī)在理想工作環(huán)境中，其接收算法無(wú)邏輯錯(cuò)誤。例如，其通信制式是QAM16,將中等強(qiáng)度的信號(hào)激勵(lì)接收機(jī)，在接收機(jī)輸出端檢查是否得到正確的發(fā)送數(shù)據(jù)，從而驗(yàn)證其接收算法是正確的。

b. 接收機(jī)真實(shí)野外工作測(cè)試：

接收機(jī)在野外工作中，其周?chē)姶怒h(huán)境極其復(fù)雜，如：多臺(tái)發(fā)射機(jī)同時(shí)工作時(shí)，接收機(jī)可能會(huì)被強(qiáng)電磁信號(hào)所阻塞，不能正常工作。另外，發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的環(huán)境路徑傳到接收機(jī)，這時(shí)的信號(hào)不僅包含有用信號(hào)，還有噪聲信號(hào)，以及多徑信號(hào)等等。如果接收算法強(qiáng)大，那么，在如此復(fù)雜環(huán)境的環(huán)境中，接收機(jī)還能正常工作。在電子對(duì)抗環(huán)境中，空中還存在敵方的干擾信號(hào)與假信號(hào)，要求接收算法要能夠正確鑒別。

3. 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的測(cè)試：如圖2所示。

圖2 SDR數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的測(cè)試

動(dòng)態(tài)探頭解決了FPGA內(nèi)部信號(hào)的探測(cè)問(wèn)題，為了進(jìn)一步驗(yàn)證FPGA內(nèi)部的調(diào)制解調(diào)算法的性能，使用數(shù)字VSA的方案，即可以結(jié)合強(qiáng)大的89601軟件進(jìn)一步對(duì)各模塊的數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行矢量解調(diào)分析。