SDR軟件無線電的測量

所謂軟件無線電(Software Defined Radio,簡稱SDR)，就是采用數(shù)字信號處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來定義實現(xiàn)無線電臺的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號的基帶處理等等。即整個無線電臺從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來完成。

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，盡早地完成信號的數(shù)字化，從而使得無線電臺的功能盡可能地用軟件來定義和實現(xiàn)?？傊?，軟件無線電是一種基于數(shù)字信號處理(DSP)芯片，以軟件為核心的嶄新無線通信體系結(jié)構(gòu)。

軟件無線電的核心是以一個通用硬件平臺上，通過軟件編程來實現(xiàn)無線電臺的各種功能。天線后端把高頻信號數(shù)字化處理，進行A/D和D/A變換，后面的模塊實現(xiàn)功能的軟件化。軟件無線電強調(diào)體系結(jié)構(gòu)的開放性和全面可編程性，通過軟件的更新改變硬件的配置結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)新的功能。軟件無線電采用標準的、高性能的開放式總線結(jié)構(gòu)，以利于硬件模塊的不斷升級和擴展。軟件無線電的基本組成結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 軟件無線電結(jié)構(gòu)框圖

軟件無線電主要由天線、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。軟件無線電的天線一般要覆蓋比較寬的頻段，比如1MHz~2000MHz，要求每個頻段的特性均勻，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RF部分主要完成濾波、功率放大等任務(wù)，接收時實現(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。

模擬信號進行數(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承擔。為了減輕通用DSP的處理壓力，通常把A/D轉(zhuǎn)換器傳來的數(shù)字信號，經(jīng)過專用數(shù)字信號處理器件(如數(shù)字下變頻器DDC)處理，降低數(shù)據(jù)流速率，并把信號變至基帶后，再把數(shù)據(jù)送給通用DSP進行處理。通用DSP主要完成各種數(shù)據(jù)率相對較低的基帶信號的處理，比如信號的調(diào)制解調(diào)，各種抗干擾、抗衰落、自適應(yīng)均衡算法的實現(xiàn)等。還要完成經(jīng)信源編碼后的前向糾錯(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。

軟件無線電具有如下的特點

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

第二、具有極強的開放性。軟件無線電采用標準化、模塊化的結(jié)構(gòu)，其硬件可以隨著器件技術(shù)的發(fā)展而更新或擴展。軟件無線電不僅能和新體制電臺通信還能與舊體制電臺兼容，延長了無線電臺的生命周期。

軟件無線電的測量

1.發(fā)射機測試：主要測試發(fā)射機發(fā)出信號的質(zhì)量。主要測試指標：矢量調(diào)制誤差，輸出功率，頻譜參數(shù)等。

2.接收機測試：

a. 接收機邏輯功能測試：

驗證接收機在理想工作環(huán)境中，其接收算法無邏輯錯誤。例如，其通信制式是QAM16,將中等強度的信號激勵接收機，在接收機輸出端檢查是否得到正確的發(fā)送數(shù)據(jù)，從而驗證其接收算法是正確的。

b. 接收機真實野外工作測試：

接收機在野外工作中，其周圍電磁環(huán)境極其復(fù)雜，如：多臺發(fā)射機同時工作時，接收機可能會被強電磁信號所阻塞，不能正常工作。另外，發(fā)射機發(fā)出的信號經(jīng)過復(fù)雜的環(huán)境路徑傳到接收機，這時的信號不僅包含有用信號，還有噪聲信號，以及多徑信號等等。如果接收算法強大，那么，在如此復(fù)雜環(huán)境的環(huán)境中，接收機還能正常工作。在電子對抗環(huán)境中，空中還存在敵方的干擾信號與假信號，要求接收算法要能夠正確鑒別。

3. 數(shù)字信號處理系統(tǒng)的測試：如圖2所示。

圖2 SDR數(shù)字信號處理系統(tǒng)的測試

動態(tài)探頭解決了FPGA內(nèi)部信號的探測問題，為了進一步驗證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)合強大的89601軟件進一步對各模塊的數(shù)字調(diào)制信號進行矢量解調(diào)分析。