1．引言
軟件無(wú)線電(software defined radio)是由J．Mitola在1992年提出的一個(gè)概念，它的核心思想是在完全可編程的硬件平臺(tái)上通過(guò)注入不同的軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作頻段、調(diào)制解調(diào)方式、信道多址方式等無(wú)線功能的改變。調(diào)制解調(diào)技術(shù)在軟件無(wú)線電的研究過(guò)程中是一個(gè)重要的組成部分。目前對(duì)于軟件無(wú)線電調(diào)制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)多是采用具有調(diào)制功能的專用芯片(其中應(yīng)用較為廣泛的是AD公司的AD985X系列)[l]或是可編程器件和專用器件相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)[2]，然而在某些場(chǎng)合，這些調(diào)制方式和控制方式與系統(tǒng)的要求差距很大。因而，完全采用高性能的FPGA器件設(shè)計(jì)出符合自己需要的調(diào)制電路就是一個(gè)很好的解決方法[3]，它提供了一個(gè)良好的數(shù)字無(wú)線通訊系統(tǒng)驗(yàn)證環(huán)境，可以將多種調(diào)制算法在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)平臺(tái)提供的基本控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的驗(yàn)證仿真，并且用這種軟件化硬件的設(shè)計(jì)方案，可以產(chǎn)生多種模式的數(shù)字調(diào)試方式，具有多功能性、通用性、集成度高、易于升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)[4Ⅱ5]。
本文采用了Altera公司推出的FPGA的DSP開(kāi)發(fā)工具DSP Builder軟件，基于DDS(直接數(shù)字頻率合成)技術(shù)原理，設(shè)計(jì)了一種適合于軟件無(wú)線電使用的可控?cái)?shù)字調(diào)制器，可以完成FSK、PSK、ASK等調(diào)制方式，并采用此方法在FPGA芯片上進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
2．FSK、PSK、ASK調(diào)制原理
在數(shù)字通信系統(tǒng)中，數(shù)字基帶信號(hào)通常要經(jīng)過(guò)數(shù)字編碼然后調(diào)制后再傳輸。常見(jiàn)的調(diào)制方式有頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)、幅移鍵控(ASK)等[6]。
以基帶數(shù)字波形序列來(lái)表示｛ak｝，通常二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)表示為：
其中，ak為二元碼符號(hào)，1或0；g()為單極性不歸0波形，歸一化幅度；Tb為二元序列碼元問(wèn)隔。
則頻移鍵控(FSK)信號(hào)為：
其中W1為傳號(hào)載頻；W2為空號(hào)載頻；θ1．和θ2分別為傳號(hào)與空號(hào)載波的初相，在[-π，π]均勻分布；w0=(w1+w2)／2為載波頻率；kTb≤t≤(k+1)Tb。 
對(duì)于所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用正交調(diào)制，對(duì)此表現(xiàn)在已調(diào)信號(hào)(傳號(hào)與空號(hào))各自的相關(guān)系數(shù)--正交關(guān)系。FSK和ASK相關(guān)系數(shù)均為ρ12=0，PSK的相關(guān)系數(shù)為ρ12= 一l。一般的，要滿足此條件，應(yīng)考慮到載波頻率fo是碼元頻率Rb=1/Tb整數(shù)倍，即fo=mRb或1bit間隔包括整數(shù)個(gè)載波周期，即Tb=mTo，這是對(duì)以后在DSP Builder中優(yōu)化系統(tǒng)時(shí)的依據(jù)。實(shí)現(xiàn)上述調(diào)制的方法有多種，采用DDS技術(shù)做正交調(diào)制，能夠克服解調(diào)輸出的嚴(yán)重失真，提高抗噪聲性能。
3．DDS的基本原理
直接數(shù)字合成(DDS，Direct Digital Synthesize)是一種新型的頻率合成技術(shù)。DDS以數(shù)控振蕩器的方式產(chǎn)生頻率、相位和幅度可控的正弦波[7]。以DDS產(chǎn)生的正弦波作為調(diào)制的載波，可以達(dá)到精確、無(wú)偏離、便于集成等優(yōu)點(diǎn)。圖1為DDS的基本實(shí)現(xiàn)原理結(jié)構(gòu)圖同。
電路包括相位累加器、相位調(diào)制器、正弦ROM查找表、基準(zhǔn)時(shí)鐘源、D／A轉(zhuǎn)換器等組成。其中前三者是DDS結(jié)構(gòu)中的數(shù)字部分，具有數(shù)控頻率合成的功能。DDS是基于查找表方法，將一個(gè)正弦波周期的N個(gè)均勻采樣點(diǎn)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，以均勻速率將這些采樣點(diǎn)輸送到DAC，即可得到一個(gè)單頻正弦波，如果每隔K個(gè)采樣點(diǎn)輸出一個(gè)數(shù)據(jù)，則會(huì)得到K倍頻的正弦波。但是，系統(tǒng)會(huì)存在一個(gè)上限頻率，這取決于N的選擇和系統(tǒng)的采樣頻率。設(shè)一正弦波為：
將一個(gè)周期的正弦平均分為N份，取N為2的整數(shù)冪。則每一份的相位的大小是：
δ=2 π/N (4)
如果每隔K個(gè)點(diǎn)輸出一個(gè)采樣值，則相位增量就是K δ，輸出頻率為：
f=K δ／2πTs=Kf/N (5)
根據(jù)采樣定理，K應(yīng)該滿足K≤N／2。如果想得到更高的輸出頻率，只有增加一個(gè)周期的采樣點(diǎn)N，也就是增加采樣頻率。這是以后計(jì)算中頻調(diào)制參數(shù)的依據(jù)。
DDS在此可調(diào)調(diào)制系統(tǒng)中作為載波信號(hào)發(fā)生部分，與傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)相比，具有頻率穩(wěn)定度高，頻率轉(zhuǎn)換速度快，輸出相對(duì)帶寬寬，頻率分辨率高等特點(diǎn)，而且DDS的這些功能應(yīng)用于軟件無(wú)線電中，可以部分降低CPU的處理負(fù)擔(dān)，使整個(gè)系統(tǒng)的性能達(dá)到較好的程度[8]。
