基于軟件無線電的數(shù)字掃頻接收機(jī)設(shè)計.pdf

1、傳統(tǒng)接收機(jī)對接收信號的調(diào)諧、濾波、衰減、下變頻、正交解調(diào)等環(huán)節(jié)都通過模擬電路完成，電路調(diào)試?yán)щy、設(shè)計復(fù)雜，接收機(jī)帶寬窄、靈活性低，受外界干擾大、難于標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，一旦硬件電路設(shè)計完成，其接收頻段即固定，要想修改將非常困難。軟件無線電技術(shù)可搭建一個開放的、標(biāo)準(zhǔn)的、通用無線電硬件平臺，將上述各環(huán)節(jié)用軟件編程實現(xiàn)，將 A/D、D/A模塊盡量接近天線，將射頻或者中頻降至基帶。軟件無線電技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字接收機(jī)后，可替代傳統(tǒng)無線電接收機(jī)，能夠很好地

2、解決傳統(tǒng)接收機(jī)的不足，是未來接收機(jī)發(fā)展的必然趨勢。
　　軟件無線電數(shù)字接收機(jī)中所涉及的信號正交變換和數(shù)字下變頻技術(shù)是軟件無線電通信研究的關(guān)鍵技術(shù)。本文首先根據(jù)數(shù)字接收機(jī)的特性，進(jìn)行理論推導(dǎo)和仿真，尋找最佳的脈沖壓縮編碼方式，最終確定采用13位巴克碼進(jìn)行壓縮編碼。在深度研究數(shù)字下變頻工作原理的基礎(chǔ)上，對數(shù)字下變頻中的關(guān)鍵技術(shù)積分級聯(lián)梳狀（CIC）濾波器和半帶（Half-Band, HB）濾波器進(jìn)行了原理演算，并用MATLAB進(jìn)行了不

3、同級聯(lián)級數(shù)和延遲因子下幅頻響應(yīng)特性的仿真分析，得到了合適的濾波器設(shè)計因子，并通過設(shè)計實例進(jìn)行結(jié)果仿真，驗證了影響因子設(shè)計的合理性和適用性。
　　其次，設(shè)計了一套滿足電離層探測需要的基于軟件無線電技術(shù)的數(shù)字掃頻接收機(jī)模型，天線接收到的射頻信號通過射頻前端將各種空間無線電干擾和噪聲濾除，并將接收到的微弱有用信號進(jìn)行放大，提高接收機(jī)前段信噪比，使得接收到的信號適合 A/D采樣并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。再通過軟件算法對數(shù)字信號進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)處理，

4、通過軟件的方式設(shè)計數(shù)控振蕩器產(chǎn)生本振信號，進(jìn)行數(shù)字下變頻，正交解調(diào)，設(shè)計數(shù)字高效濾波器進(jìn)行采樣率抽取和濾波以及調(diào)整兩路信號的幅相。通過對抽取因子、阻帶衰減和通帶衰減，級聯(lián)級數(shù)的合理設(shè)計，利用MATLAB進(jìn)行了仿真驗證，得到了較優(yōu)化的軟件無線電數(shù)字掃頻接收機(jī)設(shè)計參數(shù)模型。
　　第三，在海曼USRP N210（Universal Software Radio Peripheral）平臺上，利用GNU Radio開源軟件無線電環(huán)境控制主

5、板對13位巴克碼脈沖壓縮信號進(jìn)行BPSK調(diào)制，并完成D/A轉(zhuǎn)換，然后通過發(fā)射子板（LFTX Low Frequency Transmission）發(fā)射調(diào)制信號。在接收端，調(diào)制信號通過接收子板（LFRX Low Frequency Reception）完成信號接收，并通過主板完成A/D轉(zhuǎn)換，利用C++結(jié)合python混合編程技術(shù)在GNU Radio軟件環(huán)境完成信號的發(fā)送、接收、編碼、調(diào)制、數(shù)字下變頻、解調(diào)解碼等功能。實驗結(jié)果表明，軟件無線

6、電數(shù)字掃頻接收機(jī)可以軟件化，重構(gòu)化；調(diào)制解調(diào)、數(shù)字濾波、降頻、編碼解碼等都可以在 USRPN210硬件平臺上動態(tài)地運(yùn)用GNU Radio中數(shù)字信號處理庫來靈活地重構(gòu)軟件部分實現(xiàn)。
　　本文最后將GNU Radio軟件環(huán)境結(jié)合USRPN210硬件平臺構(gòu)成軟件無線電平臺應(yīng)用于現(xiàn)有的電離層測高儀，實現(xiàn)了軟件無線電式的探測，得到了清晰的數(shù)字頻高圖。軟件無線電式接收機(jī)在數(shù)字測高儀上的實現(xiàn)驗證了基于軟件無線電平臺的電離層探測技術(shù)的可行性，為更

7、進(jìn)一步提高電離層無線電探測與診斷技術(shù)提供了重要的技術(shù)路線。
　　總之，本文系統(tǒng)地介紹了信號的正交變換技術(shù)，數(shù)字下變頻技術(shù)，推導(dǎo)了基于軟件無線電的數(shù)字掃頻接收機(jī)數(shù)學(xué)設(shè)計模型，得到合適的參數(shù)設(shè)計，利用MATLAB仿真并驗證了具體設(shè)計因子的頻譜，得到了幅相較好的基帶信號。然后在平臺USRPN210上利用GNU Radio軟件環(huán)境做實驗，實現(xiàn)了掃頻信號的發(fā)射接收，以及混頻數(shù)字下變頻等數(shù)字信號處理。最后設(shè)計了軟件無線電式數(shù)字掃頻接收機(jī)，得到