软件无线电学习-发射机体系结构

news2024/12/25 9:28:08

本文知识内容摘自《软件无线电原理和应用》

软件无线电主要由发射机和接收机两大部分组成。软件无线电发射机的主要功能是把需发射或传输的用户信息(话音、数据或图像)经基带处理(完成诸如FM、AM、FSK、PSK、MSK、QAM 等调制)和上变频，调制到规定的载频(中心频率) $f_{0}$ 上，再通过功率放大后送至天线，把电信号转换为空间传播的无线电信号，发向空中或经传输介质(如电缆、光缆)送到接收方的接收机前端，由其进行接收解调。其过程如下图所示。

如前所示，任何一个无线电信号均可以表示为：

$s(t)=a(t)cos(2\pi f_{0}t+\omega (t))$

式中，a(t)和 $\omega (t)$ 分别表示该信号的幅度调制信息和相位调制信息， $f_{0}$ 为信号载频（中心频率），而频率调制信息也反映在相位调制信息中，即：

$f_{t}=\tfrac{d\omega (t))}{dt}$

对上述式子进行数字化

$s(n)=a(nT_{s})cos(2\pi f_{0}nT_{s}+\omega )(nT_{s})$

其中， $T_{s}=1/f_{s}$ 为采样间隔，上式子简写为：

$s(n)=a(n)cos(\omega _{0}n+\varphi (n))$

式中， $\omega _{0}=2\pi f_{0}T_{s}$ 为数字角频率，取0- $\pi$ (实信号)，有时不加区分地把 $\omega _{0}$ 和 $f_{0}$ 都称为角频率，只要记住在信号表达式中的真正含义就是了。为了便于信息调制，通常把上式进行正交分解：

$s(n)=I(n)cos(\omega _{0}n)+Q(n)sin(\omega _{0}n)$

其中 $I(n)=a(n)cos\varphi (n)$ 和 $Q(n)=-a(n)sin\varphi (n)$

调制的方式是现求出I(n)和Q(n)然后分别与两个正交本振 $cos(\omega _{0}n)$ 和 $sin(\omega _{0}n)$ 相乘并求和，即可得到调制信号s(n)

matlab仿真程序。

clc;
clear;
% 设置参数
fs = 5e9;       % 采样率 5GHz
fc = 50e6;       % 基带频率
fm = 100e6;    % NCO信号频率

t = 0:1/fs:1e-3; % 时间序列,1微秒

% 基带信号
i = cos(2*pi*fc*t);%余弦波
q = -sin(2*pi*fc*t);%正弦波

% nco本振信号
i_nco = cos(2*pi*fm*t);
q_nco = sin(2*pi*fm*t);

% iq调制
iq = i.*i_nco + q.*q_nco;

% 绘制频域波形

% 计算频谱
N = length(t);
f = (-fs/2:fs/N:fs/2-fs/N); % 频率向量
I = fftshift(fft(i));
Q = fftshift(fft(q));
I_NCO = fftshift(fft(i_nco));
Q_NCO = fftshift(fft(q_nco));
IQ= fftshift(fft(iq));
figure(1);
subplot(4,1,1);
plot(f, abs(I)/N,'b');
title('基带I频谱');
xlabel('频率 (GHz)');
ylabel('幅度');

subplot(4,1,2);
plot(f, abs(Q)/N,'b');
title('基带Q频谱');
xlabel('频率 (GHz)');
ylabel('幅度');

subplot(4,1,3);
plot(f, abs(I_NCO)/N,'g');
title('i_nco本振信号频谱');
xlabel('频率 (GHz)');
ylabel('幅度');

subplot(4,1,4);
plot(f, abs(Q_NCO)/N,'r');
title('q_nco本振信号频谱');
xlabel('频率 (GHz)');
ylabel('幅度');

figure(2);
plot(f, abs(IQ)/N,'b');
title('iq调制频谱');
xlabel('频率 (GHz)');
ylabel('幅度');

设置采样率为5ghz，基带信号为50mhz，nco本振为100mhz，第一步先求出基带信号的IQ信号，在求出正交本振cos和sin。相乘后相加。

实验现象如下如所示。