1 引言

軟件無(wú)線電SDR（Software Defined Radio）是構(gòu)造具有開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái)，將諸如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等功能采用軟件完成，并使寬帶A／D轉(zhuǎn)換器和D／A轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，使用可升級(jí)、可重新配置的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)各種功能，研制出高度靈活、開(kāi)放的新一代無(wú)線通信系統(tǒng)。坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)值計(jì)算CORDIC（Coordinate Rotation Digital Compute）算法是通過(guò)一系列逐次遞減的、與運(yùn)算基數(shù)相關(guān)角度的往復(fù)偏擺來(lái)逼近最終所需達(dá)到的旋轉(zhuǎn)角度，該算法能夠兼顧精度、速度和硬件復(fù)雜度，而無(wú)需占用大量芯片資源的乘法器，CORDIC算法相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)調(diào)制解調(diào)器，能夠滿足軟件無(wú)線電性能要求，并具有重要應(yīng)用。因此，這里給出一種基于SoPC的通用調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)方案。

2 CORDIC算法原理

CORDIC算法原理可用向量旋轉(zhuǎn)推導(dǎo)。

3 基于SoPC的通用調(diào)制解調(diào)器

軟件無(wú)線電要求在通用硬件平臺(tái)上通過(guò)運(yùn)行不同軟件實(shí)現(xiàn)多種調(diào)制解調(diào)方式，這就要求為信號(hào)的調(diào)制及解調(diào)建立通用模型。當(dāng)代無(wú)線通信中，理論上各種通信信號(hào)都可采用正交調(diào)制方法加以實(shí)現(xiàn)，所以，采用正交調(diào)制可以建立統(tǒng)一的模型，適用于軟件無(wú)線電實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)通用調(diào)制器的有效解決方案就是采用CORDIC算法圈。CORDIC算法用在旋轉(zhuǎn)模式中實(shí)現(xiàn)（R，θ）→（X，Y）的坐標(biāo)變換。

要實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制，需將信號(hào)A（t）直接連接CORDIC的半徑R輸入。通常旋轉(zhuǎn)模式中的CORDIC算法隨半徑增加。這與放大器增益變化相符。無(wú)需在AM方案中考慮。倘若不希望線性增加半徑（因子是1.646 8），則可以使用一個(gè)常系數(shù)（1／1.646 8）乘法器進(jìn)行平衡。傳輸信號(hào)的相位θ=2πf0t+△φ（t）。若生成FM信號(hào)，用△f代替f0，或用累加器計(jì)算2π△ft。對(duì)于PM信號(hào)，則需在信號(hào)相位上增加偏移量△φ（t）。這些相位信號(hào)相加作為CORDIC處理器的角輸入z或θ。

數(shù)字下變頻接收來(lái)自A／D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)，經(jīng)正交數(shù)字變換與低通濾波后得到基帶信號(hào)，即分成I，Q兩路的同相分量與正交分量。與信號(hào)調(diào)制一樣，解調(diào)也是通過(guò)幅度、頻率、相位中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)提取信息。那么通用解調(diào)器必須先從數(shù)字下變頻后的I，Q兩路基帶信號(hào)中計(jì)算出幅度A（n）和相位？ （n），再通過(guò)相位計(jì)算出頻率f（n），最后通過(guò)幅度、頻率、相位信息解調(diào)出信息比特流。

解調(diào)器包含2個(gè)CORDIC模塊、3個(gè)FIFO（先進(jìn)先出）模塊和2個(gè)RISC（精簡(jiǎn)指令）CPU模塊。其中CORDICl完成頻偏補(bǔ)償；CORDIC2具有相位校正和鑒幅與鑒相兩個(gè)功能；RISC CPU1用于判斷符號(hào)；RISC CPU2用于頻偏估計(jì)、相偏估計(jì)、位同步以及幅度判決門限的估計(jì)。CORDIC模塊通過(guò)硬件描述語(yǔ)言（HDL）編程實(shí)現(xiàn)，CPU則通過(guò)SoPC BUILDER定制NIOS軟核CPU，整個(gè)系統(tǒng)在可編程的FPGA上實(shí)現(xiàn)。

CORDICl使用旋轉(zhuǎn)模式，接收來(lái)自CPU2的頻偏估計(jì)值，對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻偏校正，輸出為：

CORDIC2使用向量模式，接收來(lái)自CPU2的相偏估計(jì)值對(duì)信號(hào)進(jìn)行相偏校正，并完成（x，y）→（R，θ）的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，計(jì)算幅度A（n）和相位？ （n），實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)鑒幅鑒相功能，輸出為：

根據(jù)實(shí)際需要定制CPU的接口和外設(shè)，最后通過(guò)NIOSⅡIDE（集成開(kāi)發(fā)環(huán)境）進(jìn)行軟件編程和調(diào)試，便于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。以頻率調(diào)制為例對(duì)通用調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行仿真。

為了對(duì)整個(gè)調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行仿真測(cè)試，將調(diào)制解調(diào)器合并，先對(duì)二進(jìn)制系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制然后對(duì)其解調(diào)。其仿真波形如圖5所示。由圖5看出，解調(diào)后的基帶信號(hào)與原基帶信號(hào)基本一致。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用SoPC技術(shù)與CORDIC算法相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)通用調(diào)制解調(diào)器。CORDIC算法只需簡(jiǎn)單的加法和移位操作，無(wú)需占用大量芯片資源的乘法器，實(shí)現(xiàn)NCO（數(shù)字控制振蕩器）時(shí)要比查找表法節(jié)省大量ROM。使其易于在FPGA上實(shí)現(xiàn)。在信號(hào)解調(diào)時(shí)只要從數(shù)字下變頻后的I，Q兩路基帶信號(hào)中計(jì)算幅度和相位，再由相位計(jì)算出頻率，從這些幅度、相位和頻率中解調(diào)出信號(hào)信息。利用CORDIC算法的坐標(biāo)變換功能計(jì)算幅度和相位，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的鑒幅鑒相功能。SoPC的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)解決方案是系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)，將SoPC技術(shù)應(yīng)用到通信軟件無(wú)線電領(lǐng)域。充分發(fā)揮軟件無(wú)線電在開(kāi)放性的硬件平臺(tái)上通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)各種功能，便于軟件無(wú)線電各種功能和系統(tǒng)的升級(jí)，充分利用FPGA的可重配置性，這也體現(xiàn)軟件無(wú)線電中用軟件完成盡可能多的無(wú)線電功能的本質(zhì)特點(diǎn)。因此采用SoPC技術(shù)與CORDIC算法相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電通用調(diào)制解調(diào)器是可行的，降低成本，同時(shí)也體現(xiàn)了軟件無(wú)線電技術(shù)的靈活性。