2DPSK信号数字化解调技术研究

摘 要

软件无线电（SDR）自从1992年被正式提出以来，受到了越来越多的关注，应用也越来越广泛。软件无线电技术一个很重要的内容就是信号的数字化调制与解调。本文首先阐述了SDR的概况，然后介绍了几种信号的数字化解调算法。并且提出了一种在软件无线电中基于离散傅立叶变换（DFT）算法的二进制相对相移键控（2DPSK）信号的数字化解调算法，通过对载波周期内的采样值进行DFT来提取相位信息并恢复原始调制信号。用MATLAB对这个算法进行了仿真研究的结果表明：采用该方法可以正确的实现2DPSK信号的解调，与传统的解调方法相比,不仅解调过程简单，易于实现，计算量小，而且抗干扰性能得到了明显的改善。将该方法用于2DPSK信号方式的数字化接收机设计中具有实际的意义。

关键词： 软件无线电， DFT， 2DPSK，数字化解调， MATLAB
ABSTRACT

第一章 绪论
1.1软件无线电概述
1.1.1软件无线电的基本概念及由来
软件无线电（SDR－software definded radio）是指在无线电系统中用软件
处理的方式来实现智能天线、调制解调等功能，其突出特点是使产品的生产和维
护简化，可靠性提高，能兼容多种信号方式，可通过更新软件来升级系统功能等。
通信装备从传统电台发展到软件无线电，中间有一个从量变到质变的过程。最开始人们在设计中尝试将所需要支持的多种不同的设备集成在一个结构里，由硬件模块完成在不同设备之间的切换。如果使用这种方法，系统的体积和重量会随着要支持的设备种类增加而增加，显然，这种做法难以解决多少问题。
为了避免系统体积无限增大，随着数字信号处理技术的发展，出现了可编程数字无线电，开始尝试硬件模块复用以降低成本。可编程数字无线电可以进行部分重构，简单地修改电台参数，重构功能主要集中在基带处理部分，比如选择前向纠错编码的方式等。电台功能，尤其是发射和接收操作，依然主要由硬件控制，限制了电台向多频段多功能发展的能力。
随着越来越多的基本功能改由软件完成，系统的灵活性日益增强。另外，器件技术的进步驱使模拟/数字接口逐渐靠近天线，可以由软件实现更多的功能，模拟电路对射频特性的影响不断降低。由此逐渐产生一种全新的体系结构，诞生出软件无线电。
1992年5月，MILTRE公司的Jeo Mitola首次明确提出了软件无线电（soft radio）的概念。其中心思想是：构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、通信协议等用软件来完成，并使宽带A/D（模拟/数字）和D/A（数字/模拟）转换器尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。可以说这种电台是可用软件控制和再定义的电台。选用不同的软件模块就可以实现不同的功能，而且软件可以升级更新，其硬件也可以像计算机一样不断地升级换代。由于软件无线电的各种功能是用软件实现的，如果要实现新的业务或调制方式只要增加一个新的软件模块即可。同时，由于它能形成各种调制波形和通信协议，故还可以与旧体制的各种电台通信，大大延长了电台的使用周期，也节约了开支。有些人也把软件无线电称为”超级计算机”。
1.1.2 软件无线电的主要特点及优点
软件无线电的主要特点可以归纳如下:
（1）具有很强的灵活性 软件无线电可以通过增加软件模块，很容易增加新的功能。可以与其他任何电台进行通信，并可以作为其他电台的射频中继。可以通过无线加载来改变软件模块或更新模块。为了减少开支，可以根据所需功能的强弱，取舍选用的软件模块。
（2）具有较强的开放性 软件无线电由于采用了标准化、模块化的结构，其硬件可以随着器件和技术的发展而更新或扩展，软件也可以随需要而不断升级。软件无线电不仅能和新体制电台通信，还能和旧体制电台兼容。这样，既延长了旧体制电台的使用寿命，也保证了软件无线电本身有很长的生命周期。
软件无线电的主要优点有:
(1)简少了通信设备的硬件电路, 使系统的可靠性大大提高, 生产和维护因此变得十分简单;
(2)可以通过更新软件来实现系统功能和性能指标的升级;
(3)可以以很低的代价来扩展系统的功能, 达成对多种信号体制兼容的工作能力;
(4)通过改进数字信号处理算法, 可以获得比基于电路的传统通信设备更好的性能指标。
软件无线电这一新概念一经提出，就得到了全世界无线电领域的广泛关注。由于软件无线电所具有的灵活性、开放性等特点，使其不仅在军、民无线通信中获得应用，而且将在其他领域例如电子战、雷达、信息化家电等领域得到推广，这将极大促进软件无线电技术及其相关产业（集成电路）的迅速发展。
1.1.3 软件无线电的基本结构
软件无线电的基本思想[1]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。功能的软件化实现势必要求减少功能单一、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，把数字化处理（A/D和D/A变换）尽量靠近天线。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件的更新改变硬件的配置结构，实现新的功能。软件无线电采用标准的、高性能的开放式总线结构，以利于硬件模块的不断升级和扩展。理想软件无线电的组成结构如图1.1所示。