无线电数字信号处理

作者:李忠


  在无线电通信飞速发展的今天,数字无线电信号处理技术也有了新的要求。为了满足新的技术标准和要求,推广无线电技术的发展和应用,进一步加强研究无线电数字信号处理技术显得尤为重要,其成为了业界广泛关注的焦点,是目前针对数字信号处理技术研究方向中的一个重要课题。


  一、无线电、软件无线电、数字信号处理技术的概念


  1.无线电的概念介绍


  早在1893年,无线电便被国外科学家尼古拉?特斯拉发明,这是无线电通信技术第一次被公开展示。那么,所谓无线电,是指在所有自由空间(包括空气和真空)传播的电磁波,是其中的一个有限频带,上限频率在300GHz(吉赫兹),下限频率较不统一,在各种射频规范书里,常见的有3KHz~300GHz(ITU-国际电信联盟规定),9KHz~300GHz,10KHz~300GHz。


  2.软件无线电的概念介绍


  软件无线电的发明起源于20世纪90年代,是目前较为流行并被广泛应用的新型无线电通信技术,可以把它看做作是具有智能化的无线电。软件无线电是指一种无线电广播技术,它基于软件定义的无线通信协议而非通过硬连线实现。其英文缩写为SDR。换句话来讲,频带、空中接口协议和功能可通过软件下载和更新来升级,而不用完全更换硬件。同时,软件无线电具有随环境变化参数,更有效、智能的利用资源的优势。


  3.数字信号处理技术的概念介绍


  回顾数字信号处理技术的发展历程,它已经历了五个不同的发展时期。从上个世纪70年代到如今的21世纪,数字信号处理技术在经历了漫长的演变和研究探索之后,终于变得逐渐成熟,被广泛应用到人们的日常生活当中,具有广阔的市场前景。那么,何为数字信号处理技术呢?它被定义为是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理均是新号理的子集。通俗来讲,数字信号处理技术,就是一种采用数值计算方式来对信号进行加工的理论与技术,其英文简称为DSP。


  二、数字无线电与软件无线电的关联性


  无线通信的发明与发展,对人类文明和信息技术的进步起到了重大的作用。通信系统通常被分为两大类,模拟和数字。其中,信息的传递和描述是通过模拟形式来实现的。所以模拟通信技术便应运而生,广泛被应用到了电视、广播等领域里。而由于数字信号在理论上存在着一定优势,所以信息数字化成为了一种趋势,数字通信技术迅速兴起,为多媒体通信的实现,提供了有力的保障。其实,数字通信技术已经具备了数字无线电的特征,数字无线电技术由于自身包括多项技术,其更多的旨在为数字信号处理、基带信号处理、调制与解调等进行服务。从另一种程度意义上来讲,是数字信号处理理论上的提高推动了数字无线电技术的发展,而数字无线电技术的他、日渐成熟又为新型的软件无线电的提出和应用做了铺垫。


  软件无线电早年一直应用于各国的军事建设领域,在不断研究发展后,被应用到了民间的通信领域。它的迅速发展很好的解决了目前通信系统技术标准复杂多样,难以兼容统一的难题,并且由于其本身具有可编程的特性,很好地实现了老旧设备也能经济升级的愿望。那么,从数字无线电到软件无线电,前者成为了后者发展实行的前提与基础,而后者变成了前者最终的演变趋势。数字无线电作为一种技术手段,更倾向于对无线通信系统实施描述;软件无线电则让数字无线电技术变得更抽象,是一种全新的无限通信系统,可称为数字无线电的升级版。


  三、数字信号处理技术与软件无线电结构的特点


  数字信号处理技术由于具备很强的稳定性,并对环境中的温度、噪音有着很强的适应性,所以得到了广泛的发展和应用。其实质上就是通过对数据的变换和提取,进而转换,变为能让机器与人识别的形式。鉴于其可以利用软件来对参数实行修改处理,不难看出它有着很强的灵活性。


  软件无线电的结构有着开放性与可编程性的特点,非常有益于硬件设备的升级、扩展。这种种优势必将使无线电通信系统更具备可靠性、灵活性、兼容性。软件无线电的结构特点,还能减少无线电设备维护费用,节约成本。


  四、软件无线电数字信号处理技术


  1.对数字信号的高速处理


  利用软件无线电技术来对基带、调制解调和数字上下变频等问题进行处理。基于其本身结构特性,更好地把各个器件结合在一起,提高单片的可编程性,从而完成解扩和解跳的工作部分,实现更多的功能效果。此外,还可以采用多芯片同时并用的方法来避免出现单编程器件无法满足处理能力的情况。


  2.A/D与D/A转换器件的应用


  软件无线电本身的结构特点对于A/D和D/A转换器件的要求很高,采样速率和采样精度成为了关键因素。其中,影响采样速率的是信号带宽,在实际中一般取信号带宽的2.5倍,同时必须注意转换器件的范围值符合软件无线电的标准要求。例如:某A/D转换器件,其动态范围在100-120dB之间,输入信号频率的最大范围在1~5GHz,这种情况就符合无线电的标准。


  3.DSP与FPGA技术的结合


  所谓DSP,是一种数字信号处理器,被广泛应用到无线电技术当中。通过对DSP进行改制、制造出专用芯片,并做成集成电路,进而做到降低功耗、减小尺寸、提高处理数字信号技术的性能。而FDGA作为现场可编程的逻辑门阵列,拥有着DSP的所有优势,并且在性能上已超过了它。那么如果将DSP与FPGA技术相结合,必定会实现无线电与硬件的完美结合。运用FPGA对接口的处理,更好地与DSP有效连接,从而达到提高系统效率降低经济成本的目的。


  五、总结


  总之,在信息网络迅猛发展的今天,数字信号处理技术必将朝着性能更强、更专业化、标准化的方向发展,通过利用无线电通信技术,将会大大促进数字信号处理能力的发展,从而被广泛的应用到实际生活当中,更好地满足社会的发展和人民的需求。