第２９卷第１期　２０１０年２月　兰州交通大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ＶｏＩ．２９　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２０１０　

文章编号：１００１—４３７３（２０１０）０１－００１３－Ｏ３　

软件无线电中调制解调的实现　

董晓静，　吴辰文，　王平　

（兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃兰州７３００７０）　

摘要：软件无线电概念对于通信系统的发展起到了巨大的引导作用，调制解调技术在软件无线电系统中占据着　重要的地位．实现软件无线电台的关键之一就是要解决调制解调的软件化问题．文中主要对软件无线电结构下的　ＡＭ、ＦＭ调制解调算法进行研究，并在此基础上用Ｍａｔｌａｂ仿真工具对ＡＭ、ＦＭ信号的调制解调算法进行仿真实　验，从而证明了算法的正确性和可行性．　关键词：软件无线电；调制；解调　中图分类号：ＴＮ９２　文献标志码：Ａ　

０引言　

１９９２年美国远程通信系统会议上，Ｊｏｅ　Ｍｉｔｏｌａ　

首次正式提出了软件无线电（Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｒａｄｉｏ，ＳＲ）　的概念［１］．所谓软件无线电，就是采用数字信号处理　

技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来　

定义、实现无线电台的各部分功能：包括前端接收、　中频处理以及信号的基带处理等等．它的核心思想　

是基于数字信号处理芯片，将宽带模数（Ａ／Ｄ）及数　

模（Ｄ／Ａ）转换器尽可能靠近天线，采用通用可编程　能力强的器件（如ＤＳＰ、ＣＰＵ等）代替专用的数字电　

路，使无线电通信功能尽可能用软件来实现．这样，　无线通信系统具有很好的通用性、灵活性，使系统互　

联和升级非常方便．ＳＲ可以认为是继模拟通信到数　

字通信，固定通信到移动通信之后无线通信领域的　第３次突破　２Ｉ．　

１软件无线电中的调制原理　

软件无线电中的各种调制解调信号是以通用的　

数字信号处理平台为支撑，利用各种软件来实现．每　

一种调制解调算法都做成软件模块，要实现某种调　

制解调功能只需调用相应模块即可．由于各种调制　解调用软件来实现，因此在软件无线电中，可以不断　

地更新调制解调模块软件来适应不断发展的调制解　

调体制，具有相当大的灵活性和开放性．软件无线电　

收稿日期；２００９－０９－２０　基金项目：甘肃省自然科学基金（ＺＳ００３－Ｂ３５－０２６－Ｃ）．　作者简介：董晓静（１９８２一），女，陕西西安人，硕士生．　的各种调制解调功能完全可以基于数字信号处理技　

术来实现．软件无线电中，信号的调制是基于正交调　制理论，其实现是通过数字上变频完成的，如图１所　

示　引．　

正　交　处　理　

图１正交调制通用模型　Ｆｉｇ．１　Ｇｅｎｅｒａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　１．１基带正交信号的产生　

一个无线电信号一般可表示为　ｓ（￡）一ａ（ｔ）ｃｏｓ［２ｗｆｏｔ＋　（ｆ）］　（１）　

式中：口（　），　（ｆ）分别表示为该信号的幅度调制信息　

和相位调制信息；ｆｏ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　（￡）一　

ｄ￣ｏ（ｔ）／ｄｔ．对式（１）进行数字化可得　ｓ（ｎＴ。）一ａ（ｎＴ　）ｃｏｓ［２￣ｆ０ｎＴ　＋ｑ￣（ｎＴ，）］（２）　

式中：ＣＯｏ：２，　；　为数字角频率，取值０－－￣ｒ（实信　

号）；　为采样间隔．对式（２）展开得　

Ｓ（　）一Ｉ（ｎ）ｃｏｓａ￣ｎ＋Ｑ（ｎ）ｓｉｎａ￣ｎ　（３）　

式中：Ｊ（７１）一ａ（ｎ）ｃｏｓ￣ｏ（ｎ）；Ｑ（　）一一口（７２）ｓｉｎ　ｃｐ（ｎ）．软件无线电中调制的方法就是先根据调制样　

式求出ｊ（　），Ｑ（　），然后分别与两个正交本振ｃｏｓ

　兰州　交通大学学报　第２９卷　

，ｓｉｎ　ｃＵ０　相乘并求和，即可得到调制信号Ｓ（　）．　

所以，各种通信信号都可以用正交调制的方法加以　实现．例如：对于一个ＡＭ信号，它的数学表达式为　

Ｓ（ｔ）一Ａ（１＋％　ｎ（￡））ｃｏｓ　Ｏ３ｃｔ，把它表示为数字正　交形式为Ｓ（，ｚ）一Ａ（１＋ｍ　７３ｎ（７ｚ））ｃｏｓ（％ｎ）．所以，　Ｊ（７２）一Ａ（１＋　（　）），Ｑ（　）一０．其他类型的调　

制都可以仿照ＡＭ调制，求出相应的Ｊ（　）和Ｑ（　）．　

对不同的调制类型信号，Ｊ『（　）和Ｑ（　）是不同的．　

１．２　ＡＭ、ＦＭ调制算法的实现　１．２．１　调幅（ＡＭ）　调幅就是使载波的振幅随调制信号的变化规律　而变化．用单音信号进行调幅时，其数学表达式可以　

写为　ｓ（　）一Ａ（１＋ｍ。　ｎ（ｆ））ｃｏｓ（ｏ￣，．ｔ）　（４）　其中：　为调制信号；ｍａ为调制指数．它的范围在　（Ｏ，１）之间．如果ｍａ＞１，已调波的包络会出现严重　的失真，而不能恢复原来的调制信号波形，也就是产　生过量调幅．如要实现正交调制只要令　

ｆ（￡）一Ａ（１＋％　ｎ（ｆ））　（５）　

Ｑ（　）一０　（６）　把式（４）进行傅氏变换可得　１　ｓ（ｃＵ）一Ａ７ｆ［　（∞＋　）＋　（∞一　）］＋去Ａ　。Ｖｎ（ｏ￣一　厶　１　）＋÷　（　＋　）　（７）　厶　式中：　（　）为ｖｎ（ｔ）的频谱．式（７）说明，由正弦波　调制的调幅信号由３种频率成分组成载波、载波和　

调制频率的差额（下边带）、载波和调制频率的和频　（上边带）．　

１．２．２　调频（ＦＭ）　调频（ＦＭ）是载波的瞬时频率随调制信号成线　性变化的一种调制方式，单音调频信号的数学表达　

式可以写为　广ｔ　ｓ（￡）：＝＝Ａ［ｃｏｓ（ｗｃｔ十　，Ｉ　ｖａ（ｔ）ｄｔ）］　（８）　Ｊ　０　把上式展开并化简得　ｎ　ｓ（￡）＝Ａｃｏｓ（ｗ３）ｃｏｓ（ｋ，Ｉ　ｖａ（ｔ）ｄｔ）－－Ａｓｉｎ（ａＪｃｔ）　Ｊ　０　广ｆ　ｓｉｎ（ｋＩｌ　ｖｎ（ｔ）ｄｔ）＝Ａｃｏｓ（ｗ，ｔ）ｃｏｓｇ－－Ａｓｉｎ（￣ｏ，，ｔ）ｓｉｎ９　Ｊ　０　（９）　式中：　为载波角频率；　（￡）为调制信号；志，为调　

频指数；　为　

一ｋ／ｌ　７３．０（￡）ｄｔ　（１０）　Ｊ　０　从式（９）可以看到，在实现ＦＭ时要对调制信号　进行积分，然后对这积分后的信号分别取正弦和余　

弦即可．因此，用正交调制法实现时只要令　，（￡）一ＣＯＳ　（１１）　

Ｑ（ｆ）＝ｓｉｎ　（１２）　

２　软件无线电中的解调原理　

软件无线电的解调一般采用数字相干解调的方　

法．数字相干解调法从原理上讲与模拟相干解调法　

一样．常见于模拟解调电路的一般相干解调法（指用　

一个同频同相的本地载波去相干解调），当同频同相　不满足时，解调输出就会严重失真．例如，在移动通　

信中，接收到的信号受到严重衰减时，提取出来的载　波质量往往达不到要求，特别是在多普勒效应等引　

起的频偏环境下更是如此．由于正交解调法在一定　

程度上能克服以上这些弱点，因此，软件无线电的解　调一般采用数字正交解调法　］．在软件无线电系统　

的接收机中，信号的解调首先是通过数字下变频完　

成信道分离，正交分解和采样率变换，得到基带的复　信号，然后根据不同的调制方式，对基带信号进行相　应的处理，从而解调出调制信号［５］．基带正交解调的　

通用模型如图２所示．　

—　匝　

Ｉ　ｃｏｓ（￣）　懈回　调方　

法　

图２　基带正交解调的通用模型　Ｆｉｇ．２　Ｇｅｎｅｒａｌｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｂａｓｅｌ舯ｄ　ｑｕａｄｒａｔｕｒｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　２．１　ＡＭ、ＦＭ解调算法的实现　

２．１．１　ＡＭ解调　信号表达式　

ｓ（　）一Ａ（　）ｃｏｓ（ｗｍ＋　）　（１３）　式中：Ａ（　）一Ａ。＋　（竹），Ａ０＞Ｉ仇（７２）ｆ，　（咒）为调　制信号；　为载波的韧始相位．对信号进行正交分　解，得同相和正交分量　

同相分量Ｘｊ（　）一Ａ（ｎ）ｃｏｓ（￣）　

正交分量ＸＱ（　）一Ａ（，ｚ）ｓｉｎ（％）　

则　

￣／ｘ；（　）＋蕊（咒）一Ａ０十ｍ（　）　（１４）　减去直流分量Ａ。就可解得调制信号　（　）．这种方　

法，具有较强的抗载频失配能力，即本地载波与信号　

载波之间允许一定的频率偏差．ＡＭ信号用正交解　第１期　董晓静等：软件无线电中词制解调的实现　ｌ５　

调算法解调时，不要求载频严格的同频同相．　

２．１．２　ＦＭ解调　信号表达式　

（　）一Ａ０ＣＯＳ［－￣ｃｎ＋志∑　（　）＋　］　（１５）　

式中：ｋ为比例因子；　为常数．对信号进行正交分　

解，得同相和正交分量　

同相分量Ｘ１（ｎ）一Ａｏｃｏｓ［ｋ∑　（　）＋　］　

正交分量ＸＱ（　）一Ａｏｓｉｎ［ｋ∑　（　）＋　］　

则　（　）一ａｒｃｔｇＩ　Ｉ一　∑　（　）＋　．然后，　ＬＡＩ一　一　

对相位差分，即可求得调制信号ｔ　（　）一　（　一１）一　（　）　（１６）　ＦＭ信号用正交解调方法解调时，也具有较强　的抗载频失配（指失配差频和差相是常量非随机变　

量）能力．　

３仿真结果　

本文用Ｍａｔｌａｂ做了一个６４点的基带信号，基　带信号采样频率为８　Ｋ，载波频率为８００　Ｋ，载波的　

采样频率为８　Ｍ仿真结果如图３—７所示．　

。基带信号时域　一ｂ基带信号频域图　ａ基带信号时域图　基ｌ带１乔号羰域图　

圈３基带信号时域图与频域圈　Ｆｉｇ．３　Ｔｉｎｌｅ　ｄｅｍａｉｎ　ａｎｄ　ｆｒ￣ｌｕｅｎｅｙ　ｄＩ，ｎＩａ．ｍ　ｏｆ　ｂａｓｅｂａｎｄ　ｓｉｇｎａｌ　

１０　Ｘ１０６　ａＡＭ信号时域图　ｂＡＭ信号频域图　

图４　ＡＭ信号时域图与频域图　Ｆｉｇ．４　Ｔｉｍｅｄ帅ａｉｎ　ａｎｄｆｒ￣ｌｎｅｎｅｙ　ｄｏｍａｉｎ　０ｆＡＭ　ｓ￣ｎａｌ　

４结束语　

本文对软件无线电结构下的ＡＭ、ＦＭ调制解　

调算法进行研究，并在此基础上用Ｍａｔｌａｂ对ＡＭ、　２　

Ｏ　

－２　０　２　４　６　８　ｌ　ａＦＭ信号时域图　

图５　ＡＭ信号时域图与频域图　Ｆｉｇ．５　Ｔｉｍｅ　ｄｏｍａｉｎ　ａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎ　０ｆＡＭ　ｓｉｇｎａ￣　

图６　ＡＭ调制后的时域图　№６　Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　ｔｉｍｅ　ｄｏｎｌａｉｎ　０ｆＡＭ　ｓｉ　ａＩ　

图７　ＡＭ调制后的时域图　Ｆｉｇ．７　Ｍｏｄｕｌａｔｅｄｔｉｍｅｄｏｎｌａｉｎ　ｏｆＡＭ　ｓｉｇｎａｌ　ＦＭ信号的调制解调算法进行仿真，从而证明了算　

法的正确性和可行性．对以后将算法移植到ＤＳＰ中　奠定了基础．　

参考文献：　

［１３　Ｍｉｔｏｌａ　Ｊ．Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｒａｄｉｏｓ：Ｓｕｒｖｅｙ，ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｍａｇａｚｉｎｅ，ＩＥＥＥ，１９９３，８（４）：２５—３６．　［２］杨小牛，楼才义，徐建良．软件无线电的原理及应用　［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００１．　［３３陈祝明．软件无线电技术基础［Ｍ］．北京：高等教育出　版社，２００７．　［４］Ｐｒｏａｋｉｓ　Ｊ，Ｍａｎｏｌａｋｉｓ　Ｄ．Ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：ｐｒｉｎ－　ｃｉｐｌｅｓ，ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｍ－］．Ｕｐｐｅｒ　Ｓａｄｄｌｅ　Ｒｉｖｅｒ，ＮＪ：Ｐｒｅｎｔｉｃｅ　Ｈａｌｌ，１９９６．　［５］Ｆｕｄｇｅ　Ｊ，Ｌｅｇａｋｏ　Ｍ，Ｓｅｈｒｅｉｎｅｒ　Ｃ　Ａｎ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔＯ　ｅｆｉ－　ｃｉｅｎｔ　ｗｉｄｅｂａｎｄ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｄｏｗｎｅｏｎｖｅｒｓｉｏｎ［Ｃ］　ｌ　Ｐｒｏｃ　ＩＣ－　ｓ１）ＡＴ，Ｔｏｒｏｎｔｏ，１９９８：７１３—７１７．　（下转第２Ｏ页）