SDR 软件无线电系统产品介绍(一)兴夏机电设备(北京)有限公司 杨领锋摘要：软件无线电摆脱了面向某种或几种用途的设计思想,通过模块化、标准化的通用硬件 设计,把通信功能从完全依赖于硬件的状态下解放出来。本文介绍基于加拿大 Spectrum Signal Processing 公司的 Monaco SDR 软件无线电系统方案及新近推出的 SDR-3000 软件数 字收发机子系统。关键词：SDR 软件无线电系统 DSP 数字信号处理器 数字接收器软件无线电系统(software Defined Radio) 是指用软件控制、数字信号处理的方式,来完 成传统模拟无线电功能的系统。随着电子技术的迅猛发展,无线电通信经历了模拟体制,数字 体制,正朝着软件无线电的方向发展。软件无线电是 90 年代为了解决美国军方各种通信的 互连互通,使军种、兵种之间实现抗干扰、高保密的要求而出现的,其核心是尽量使 A/D 和 D /A 变换模块靠近天线,在构筑一个开放性的、模块化的硬件平台的基础上,通过软件来实 现各种功能。由于软件无线电省去了大量的模拟电路,所以它可以使通信设备的性能提高,体积,重量 和成本等大大降低。同时利用软件编程实现的各种功能使得通信设备更加灵活。并可以在 后续的运行中不断增加新的功能。软件无线电的应用领域包括：* 军用通信 * 三代蜂窝基站* 卫星地面站 * 无线测试和测量* 扩频通信 * 智慧天线1 软件无线电原理概述软件无线电摆脱了面向某种或几种用途的设计思想,通过模块化、标准化的通用硬件设 计,把通信功能从完全依赖于硬件的状态下解放出来。对于软件无线电系统,理论上应该是在 系统中除了天线,高频放大,喇叭,ADC/DAC 以及相应的滤波电路（抗混叠滤波以及波形滤波 器）以外,完全由数字信号处理的形式完成。在目前的大部分系统中,接收端从天线上下来的 信号需要经过模拟下变频滤波至中频 70MHz 或者更低,然后采用 65MHz/70MHz 的采样率 进行 A /D 变换,再由数字下变频模块（Digital Down Conversion）将数字化的中频信号下变 频至基带。数字下变频的方法一般是与本地的数控正交振荡器混频,得到 I另外,数字下变频器输出信号非常精确,不仅在构成正交信号源时可以保障严格 的 90 度相位差,而且在一些跳频应用中可以做到在跳频点相位连续变化。另外,一般的数字下变频模块会完成一些基本的数字滤波功能,然后将良好的数据流送给 数字信号处理板。对于一个典型的中频信号,调制信号为 10kHz,幅度为 1.0V,载波信号为 10MHz,那么经过 调制后的信号在频域的时序如图 2 中的 Original Signals 所示。经过数字下变频模块 （DDC）后,解调出 10kHz 的基带信号,此时在频域中基带信号从中频 10MHz 移到坐标轴原 点。在进行基带的数字信号处理完成后,采用数字上变频模块将基带信号重新变频到中频区 域,然后进行 D/A 变换,回送给模拟设备。* 数字信号处理板数字信号处理板是软件无线电的核心,一般采用通用 DSP 芯片,如 TI 公司的 TMS320C620X（定点）及 C670X（浮点）,或者 AD 公司的 ADSP-2106X SHARC DSP 等 来完成。在数字信号处理部分,一般需要完成数据流的编码,解码,加密解密,各种通信信号的 分析,调制解调等大量复杂的工作。数字信号处理板的数据来源一般通过前面板的 FPDP 传 输得到,FPDP 是 Front Port Data Port 的缩写,它是一个跨平台的 32 位同步数据流通信标准,其最高传输速率可以达到持续的 160MB/s。* D/A 变换器 完成数字信号处理之后,由 D/A 变换器将数字信号变成模拟信号回送给模拟器件,如扬声器, 录音设备及模拟监视器等。 * 如果处理完的数字信号要再次发射出去,则还要增加数字上变频模块（Digital Up Conversion）以及中频 D/A 变换模块,然后进行射频调制以及滤波等处理等,再通过天线发射 出去。 图 上变频模块和下变频谱图2 兴夏公司的软件无线电系统介绍 兴夏机电设备（北京）有限公司长期从事数字无线电产品的跟踪,研究,系统集成以及相 应软件硬件的开发工作,对国内外主要数字无线电产品有很深的了解,以下介绍基于加拿大 Spectrum Signal Processing 公司的 Monaco SDR 软件无线电系统方案。如图 3 所示。图 3 基于 Spectrum Signal Processing 公司产品的无线电系统解决方案本方案采用 Spectrum 公司的 Monaco67 作为 DSP 处理板,采用 Spectrum 公司的 PMC- MAI 数据采集卡完成中频 A/D 变换功能,采用 Spectrum 公司的 PEM-4PDC 可编程数字下变 频模块完成数字调谐,同时 4 路输出,供 DSP 在基带处理。系统的各个组成部分如下：（1） MonacoC67 数字信号处理板MonacoC67 是一个 VME64 总线的数字信号处理板,含有 4 片 TMS320C6701 浮点数 字信号处理器。运算速度可以达到 4GFLOPS。通过 hurricane 的 PCI 桥片,可以在 PCI 总线 和共享内存之间完成 132MB/s 的持续数据传输。通过 PEM 接口（Processor Expansion Module ）本板可以提供 400MB/s 的 I/O 带宽。可以用来进行扣接 PEM 子卡或 I/O 扩展。（2）PMC- MAI 65MHz Sample/s 模拟输入 PMC 接口 A/D 变换模块。PMC-MAI 有一 个 IF 输入端子,可以通过跳线选择是外接同步时钟还是采用内部 65MHz 同步时钟。数字化 完成的数字信号可以通过一个串行最高 1.3Gb/s 的接口标准 GLINK 同时送给 6 个数字下变 频模块进行数字信号处理。它可以完成 030MHz 范围内中频信号的数字解调。采样分辨 率 12bit,数字信号的 SFDR（Spurious -Free dynamic Range）可以达到 62dB。可以和 Spectrum 公司的 PEM-2PDC 以及 PEM-4PDC 数字新变频模块相连。本模块通过 PMC 接口和 Monaco67 数字信号处理板连接。（3）PEM-4PDC 4 路可编程数字下变频模块PEM-4PDC 模含有 4 个 65MHz（65MS/s）的可编程下变频模块,同时内置 AM,FM,FSK 以及 DPSK 解调模块。配合 DSP 处理,PEM-4PDC 在通过 PEM 接口和 DSP 相连之前,有 4 个 2K32bit 的 FIFO。两个 Glink 输入口,用来接收 A/D 变换的数据。每个 PDC 模块可以 选择从两个 GLINK 接口接收数据。支持 C6201、C6701 VME 以及 CPCI 接口。 本模块通过 PEM 接口总线和 Monaco67 数字信号处理板相连接。（4）对于 A/D 变换之前的射频 Front-End 处理模块或子系统,一般采用英国宇航局 (BAE W-J 分部) 的相应产品完成,如： WJ-9104 全相参多通道 RFIF 接收机。（5）D/A 变换模块。由 DSP 处理后的基带信号,直接经过 DA 变换,送给模拟器件显示, 记录等。（6）主控板主控板采用 SBS 公司的 VP7 主板完成。VME64 总线,CPU 采用 Pentium III 850MHz,可 以运行在 Windows NT,Windows 2000/98,QNX,VxWorks,LynxOS,Linux,以及 MS-DOS 等操 作系统之上。最高可以配置 512MB 的 SDRAM,同时支持最多 512MB 的 FLASH,并可以支 持 2.5G 的硬盘。支持 VGA/LCD 显示器,并提供 Ethernet,SCSI,Enhanced IDE 总线接口,以及 PMC 标准扩展槽。提供 4 个串口（RS232 或 RS422）接口,以及 2 个标准并行接口,提供 2 个 USB 接口,以及看门狗,无屏蔽中断以及温度传感器等功能。在 VME 机箱中,主控板占据 两个槽位。（7）VME 机箱机箱采用 Elma 的便携式机箱,根据用户不通的要求,可以提供 521 槽的商用或军用加 固机箱。本系统支持 Solaris,VxWorks,以及 Windows NT 操作系统,用户可以在 Suns SparcWorks C for Solaris,Tornado for VxWorks,Visual C+ 以及 Visual Basic for Windows NT 环境下编 程。同时,本系统提供和操作系统无关的 C 函数库,用来完成 DSP 通信,以及 DSP 代码的下 载,数据传输,以及中断处理等。在本系统上,用户可以采用 MathWorkss Matlab 等工具完成 复杂的算法处理。同时,MonacoC67 提供 BSP 软件包,从而屏蔽了复杂的板级任务,如 VME 总线管理及 VME 中断产生等。本系统的特点：1) 使用灵活由于软件无线电是对射频（中频）信号进行采样,通过软件编程的方法来实现数字滤波, 数字混频,调制解调,差错编码,加密解密,模式识别等功能,所以使用十分灵活。增加新的功能只需要增加一个软件模块即可。一旦出现新的算法,可以通过修改软件使性能得到进一步的 改善。2) 得益于当今最新的 DSP 系统极高的处理能力,每片 DSP 可处理多个通道,使得每个通 道的处理成本大大降低。3) 软件/硬件升级容易软件无线电的硬件平台采用了模块化,标准化的处理方式,所以系统升级非常容易,例如, 如果需要改变通信协议或增加一个新的功能,只需遥控下载一个新的软件即可,这使得系统的 维护升级工作大为简化,增加一个功能只需极低的代价即可完成。硬件升级也很容易,在不改 变原设备的情况下,只要将新的板卡插入机箱即可,大大降低了扩容成本,减少了停机的时间 以及系统升级带来的风险。4）使产品快速上市采用 Spectrum Signal 公司的系列产品组成的无线电系统,无线电系统设计人员可以把工 作重点放在算法和协议上,而不是通用性的硬件上,这大大加快了开发过程。同时,Spectrum 公司提供丰富的数字信号处理库函数以及原代码,用户可以很方便的调用。如 FFT 运算,数 字滤波等。