软件无线电实现结构及相关DSP算法设计
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资料介绍：
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摘??????? 要
针对恶劣噪声环境下的无线高速图像传输应用，本项研究提出了一种基于软件无线电思想的DSSS通信系统的实现结构。其特点是采用QDPSK调制方式，以FPGA/DSP的结合来实现高速的直扩系统的基带调制与解调。采用这一结构，可设计数据率高达1Mbps，误码率低于10
(AWGN信道)，并能克服载波误差的无线高速图像传输系统。为达这一目的，本项研究首先在分析DSSS系统的抗噪声性能的基础上，探讨了DSSS系统的误码率计算公式和抗噪声容限问题。接着，分析了DSSS系统设计应考虑和解决的问题，特别的给出了产生和挑选平衡GOLD扩频码的方法。其次，给出了系统（基带）实现结构，并系统的研究了各部分的技术原理与实现方法。其中较为详细的包括数字下变频（DDC）的原理与实现，PN码的匹配滤波器的设计，能量检测与符号‘飞轮’同步方法及基带解调与载频误差AFC的DSP算法原理、设计与评估等。最后，一系列的测试和仿真实验证明了系统的可行性，说明该结构有较大的参考价值。
关键词：软件无线电，PN同步与解扩，DSP算法设计，载频误差估计（AFC），DSSS, 数字下变频（DDC）, 扩频通信
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?研究背景
扩频通信是一种抗干扰，抗多径，发射功率低，保密，和易于实现多址的通信技术。直从上世纪80年代以来，他已经从军事领域广泛的应用到民用领域，其中最典型的应是IS-95和3G的DSSS方式的CDMA及应用于家庭网络（HOME NETWORK）的FH方式的蓝牙技术。由于受射频带宽和器件能力的限制，这些应用的信息速率一般都不是很高，无法满足高速多媒体信号的传输。另外，当前的扩频通信的应用系统一般都是针对某一特殊的应用而开发的，而扩频通信的广泛应用却产生了越来越多的协议和标准，为了适应新的协议和标准，人们又不得不重新进行设计，系统很难方便的进行重组和升级。同时由于受硬件水平的限制，又无法利用灵活的软件无线电的思想进行高速扩频系统的设计。
自从上世纪90年代，器件能力和性能取得巨大的进步，出现的高速可编程的现场可编程门阵列（FPGA）‘软’硬件和通用的高速数字信号器(DSP)，这使得基于软件无线电思想设计高速，灵活，模块化，可重组的扩频系统成为可能。首先，AD-DA转换器的性能得到大幅度提高，我们知道，当AD转换器的转换速度很高时，其分辨率是不可能很高的，而现在，8bit和10bit转换精度已经可以到达150MSPS以上，如ADI的8bit并行AD9002。其次，DSPs的处理能力也大幅提高，就TI公司的产品而言，其低功耗的54x系列的DSP的运算速度高达100MIPS，而且价格相当低廉。至于6000系列的，普遍的能达1600MIPS！至于FPGA，速度则更快，XILINX公司的FPGA的Virtex-II系列IO的吞吐率能达800Mbps。这说明实现高速宽带软件无线电的物理条件基本成熟。
我们知道，无线电的频率资源是非常宝贵的，为了不对已有的应用频段产生干扰，可用的射频频段越来越高。为了对无线电资源进行统一的管理，国际无线电管理委员会给工业，科研，医药等提供了一个许可频段（2.3－2.5GHz），即ISM频段。通常，一些小规模的无线应用都采用这一频段。典型的频率是2.4GHz。应用这一频段就会产生一个问题，那就是对晶振的稳定度要求很高，否则产生的频率漂移将严重的影响解调，恶化系统的性能。如果考虑移动目标的多普勒效应，影响将更强烈。这就要求设计的通信系统对载波的漂移具有免疫力，对载波误差要能够进行补偿。
1. 2 项目研究目标
针对这一问题，项目研究的目标是规划设计一种发射功率低、可用于1Mbps的实时图象传输的无线系统实现结构，并且要求，基于目前FPGA/DSP的器件能力能灵活的重组与升级，误码率要低（低于10
），能支持多点。并且考虑到可能工作于2.4G的ISM公用频段和移动目标的载波漂移与多普勒效应，要求还要能实现AFC控制。
1. 3 本论文的组织结构
本论文按如下方式组织：
首先，在接下一章叙述了扩频通信的基本原理，分析了DSSS系统的抗噪声系能，引入了DSSS系统的误码率和抗噪声容限等设计的性能指标问题。
第三章详细分析和描述了DSSS系统设计中应解决的问题，包括PN码的设计与产生，同步系统的设计与性能分析等，并详细的归纳和总结出了产生平衡GOLD码的方法，给出了产生和验证平衡GOLD的GUI程序。
第四章是本论文的核心部分，在该章中详细描述了设计的DSSS系统模型结构及各部分的原理与实现方法，如串并转换，波形形成，数字下变频，匹配滤波，门限检测，符号的飞轮同步方法等，特别地，针对应用中存在的载波误差问题，给出了一种简洁易于实现AFC算法，并且在TI的TMS320C5402DSK上进行了测试和评估。
第五章，分别给出了该模型通过MATLAB和SystemView的一系列实验结果及其分析。
最后一章则给出了结论，指出了系统的不足和尚待完善的地方。