基于软件无线电的跳频电台调制解调设计
基于CX9261的国产化软件无线电硬件平台研究与设计
第17期2023年9月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.17September,2023作者简介:安超群(1986 ),女,湖北襄阳人,工程师,硕士;研究方向:模拟电路设计,集成电路设计,数字信号处理,可靠性设计㊂基于CX9261的国产化软件无线电硬件平台研究与设计安超群1,李㊀飞2,陈佳鑫2(1.广东机电职业技术学院,广东广州510515;2.广州海格通信集团股份有限公司,广东广州510663)摘要:针对软件无线电平台小型化㊁国产化和通用性的发展要求,文章提出了一种国产化软件无线电硬件平台的解决方案㊂系统核心平台主要由国产化射频捷变收发器CX9261和复旦微FMK50芯片组成㊂通过集成化的硬件和相应的软件设计,实现具有带宽灵活㊁速率可变和通信体制多样的无线电信号收发功能的软件无线电硬件平台㊂文章对系统进行了硬件功能收发测试,验证结果表明:该设计方案实现了软件无线电硬件平台的国产化和硬件高度集成化,具有通用性强㊁灵活性高和通信波形配置灵活等优点㊂关键词:软件无线电;射频收发器;国产化器件;CX9261中图分类号:TP311㊀㊀文献标志码:A 0㊀引言㊀㊀软件无线电可以基于软件定义的无线通信协议而非通过硬连线实现,可通过软件更新升级,实现频带㊁空中接口协议和功能适配,而不用完全更换硬件[1-2]㊂软件无线电技术为现代化通信系统的发展指明了研究方向,但很长一段时间内受限于硬件水平的发展,很难通过软件来随意切换通信体制㊁通信速率和通信带宽等模块㊂射频捷变收发器的出现改变了这一现状,大带宽㊁高速的射频捷变收发器集成了滤波器㊁频率合成器㊁放大器等硬件功能,通过寄存器配置可实现不同带宽㊁不同速率射频信号的收发和转换功能,同时高度集成化进一步提高了硬件的可靠性㊂目前,该领域技术市场长期被国外产品占据㊂国防通信领域事关国家安全,国产化应用变得越来越迫切,技术成熟稳定的自主可控芯片,逐渐成为国产替代的不二选择㊂本文通过对国产射频捷变收发器和国产FPGA器件的研究,设计出基于CX9261和FMK50FPGA 芯片的软件无线电平台,为软件无线电国产化平台的设计提供解决方案㊂1㊀基于CX9261的软件无线电硬件架构设计㊀㊀CX9261是一款国产宽带㊁高性能和多通道的射频收发芯片㊂其工作频率范围为70MHz ~2.7GHz,可调谐通道带宽为20k ~60MHz,集成了低噪放㊁上/下混频器㊁多模滤波器㊁自动增益控制㊁直流偏移对消㊁功率强度检测㊁ADC /DAC㊁驱动放大器㊁电源管理㊁小数分频频率综合㊁逻辑控制㊁抽取/插值滤波㊁数字上下变频和自动校准等功能㊂代替由分立器件搭建射频收发端,增加了系统的硬件集成度,同时,其内部各模块功能的可配置性增加了该软件无线电平台的通用性,具有通用化设计㊁宽频带覆盖㊁宽窄带信号兼容㊁低功耗等特点㊂系统主控和基带模块使用FMK50,该芯片是复旦微电子推出的一款28nm 低功耗国产化FPGA 芯片,其工作温度范围为-40~100ħ,I /O 带宽峰值可达到52Gbps,具备264GMAC /s 的DSP 处理能力㊂FPGA与CX9261的控制通路采用SPI 接口,通过ROM IP核对CX9261进行寄存器配置;数据接口采用了LVDS 兼容模式,具有较高的数据传输速率;同时,CX9261的部分I /O 控制管脚与FPGA 直接连接,有助于控制状态机的实时控制(见图1)㊂基于这两个核心器件组成的通用软件无线电平台能完成数据收发且具有优秀可移植性㊂图1㊀基于CX9261的软件无线电硬件平台架构系统2㊀系统分析及功能实现验证2.1㊀CX9261参数配置㊀㊀CX9261收发系统功能主要包括:系统初始化㊁基带锁相环频率设定㊁RX /TX 本振频率设定㊁基带滤波器的使用㊁设置RX 增益/TX 衰减㊂辅助功能配置包㊀㊀括:Aux DAC /Aux ADC(带有温度传感器)㊁直流补偿校准㊁正交校准㊁接收信号强度指示(RSSI)等㊂可通过配置芯片内部寄存器实现某个特定的功能,具体初始化流程,如图2所示㊂图2㊀初始化流程2.2㊀接收功能测试验证㊀㊀该系统通过SPI 接口完成CX9261工作状态配置㊂其工作模式为TDD,本振频率设置为900M,信道带宽为5MHz;通过信号源产生频率为900.5MHz㊁功率为-50dBm 的单音信号,将信号传送到CX9261的接收口RX 端;芯片内部经过采样㊁频谱搬移和下变频后,输出基带信号;通过ILA 捕获存储基带信号,并将数据导出到PC 端,利用MATLAB 进行数据分析,接收的复数图谱,如图3所示㊂该系统通过ILA 采集到的数据分析评估底噪和直流抑制指标,通过配置CX9261寄存器改变工作频率和内部增益,测试结果如表1 2所示㊂具体设置为:(1)通道1和通道2同时设置为接收模式;(2)选择MGC 的线性&噪声兼顾模式,配置接收增益㊂图3㊀基带接收信号谱表1㊀通道底噪频率/MHz底噪/dBFs 内部模拟增益/dB 10817425526051210-120.50-121.99-123.12-120.77-121.3530-113.05-122.77-122.36-113.86-119.9450-97.06-108.66-113.78-97.83-102.2960-87.28-100.41-104.14-88.02-92.5065-82.20-96.37-100.83-82.96-88.18表2㊀直流强度频率/MHz RX1直流强度/dBfsRX2直流强度/dBfs108-94.85-95.70255-95.73-94.90512-95.05-97.722.3㊀发送功能测试验证㊀㊀该系统通过FPGA 控制内部的数字DDS,模拟产㊀㊀生单音信号作为测试发射基带信号;同时,使用软件配置和控制,发出信号,并用频谱仪观测发射信号㊂与接收过程相同,对CX9261进行配置,将CX9261射频发射端接到频谱仪㊂频谱仪中心频率设置为950.5MHz,控制CX9261工作至发射状态,通过频谱仪观察发射信号,如图4所示㊂图4㊀发射信号频谱㊀㊀通过配置改变CX9261工作频率和模拟信号频率,通过频谱仪记录功率㊁本振泄露㊁谐波㊁杂散数据,测试结果如表3 4所示㊂表3㊀通道发射功率频率/MHz 输出最大功率/dBm输出最小功率/dBm动态范围/dB108 1.07-39.5340.6 2550.93-39.5840.51 3000.92-39.5640.48 4000.85-39.6640.51 5120.66-39.6740.33表4㊀发射性能指标(TX模拟增益为0)频率/MHz108174255260512本振泄露/dBm-62-62-63-62-63二次谐波/dBm-61-67-69-69-63杂散/dBm-86-85-88-86-85 3㊀结语㊀㊀本文介绍了基于国产化射频捷变收发器CX9261和FMK50芯片组成硬件无线电平台的方案,实现了带宽灵活㊁速率可变和通信体制多样的无线电信号的收发功能,能提高开发效率,降低人力成本㊂试验表明,该设计方案完成了整个通信流程的数据收发,实现了软件无线系统功能,达到设计指标要求㊂同时,在国外日益严峻的技术封锁下,研究高度国产化的通信系统在我国无线通信和未来无线通信中具有重要意义㊂参考文献[1]郜泽.基于AD9361的软件无线电硬件平台设计与实现[D].成都:电子科技大学,2015. [2]AHMED K,AHMED M,AHMED N,et al.Design guidelines for the high-speed dynamic partialreconfiguration based software defined radio implementations on Xilinx Zynq FPGA[C].Baltimore: IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS),2017.[3]杨小牛.从软件无线电到认知无线电,走向终极无线电 无线通信发展展望[J].中国电子科学研究院学报,2008(1):1-7.(编辑㊀姚㊀鑫)Research and design of domestic software-defined radio hardware platformbased on CX9261An Chaoqun1Li Fei2Chen Jiaxin21.Guangdong Vocational College of Mechanical and Electrical Technology Guangzhou510515 China2.Guangzhou Haige Communications Industry Group Co. Ltd. Guangzhou510663 ChinaAbstract This article proposes a design scheme for a domestically produced software-defined radio SDR hardware platform based on CX9261 in response to the development requirements of miniaturization localization and universality of SDR.The system is mainly composed of a domestically produced RF agile transceiver CX9261and a Fudan Microelectronics FMK50chip.Through integrated hardware and corresponding software design a software radio hardware platform with flexible bandwidth variable rate and diverse communication systems for wireless signal transmission and reception is achieved.This article conducted hardware functional testing on the system for transmission and reception.Verification showed that the design scheme achieved the localization of software radio hardware platform and high hardware integration with advantages such as strong universality high flexibility and flexible communication waveform configuration.Key words software-defined radio RF transceivers localized devices CX9261。
自适应跳频(AFH)技术在无线电抗干扰中的应用研究
自适应跳频（AFH）技术在无线电抗干扰中的应用研究研究方案：一、研究背景与目的：无线电通信系统中，干扰一直是一个令人头疼的问题。
干扰来源于多方面的因素，而解决方案的设计应该以有效减少干扰对通信系统的影响并提高通信质量为目的。
自适应跳频技术（AFH）是一种可以应对干扰的关键技术。
本研究旨在研究AFH技术在无线电抗干扰中的应用，探索其对干扰抑制与通信质量的影响，并通过数据采集和分析，提出新的观点和方法为解决实际问题提供有价值的参考。
二、研究内容：1. 分析和调研：对AFH技术的原理、特点和应用现状进行详细的分析和调研，探索其在抗干扰中的潜力以及存在的问题。
2. 实验设计：基于已有研究成果，设计一系列的实验来验证AFH技术在不同干扰场景下的效果。
实验重点包括：不同干扰类型下AFH技术的干扰抑制能力、AFH技术在不同信道条件下的性能等。
3. 数据采集：搭建相应的实验系统，使用专业测试设备收集与AFH技术相关的关键参数，如干扰功率、信号质量、通信成功率等。
4. 数据分析：对采集到的数据进行有效整理与分析，评估AFH技术在不同干扰场景下的有效性，并探索其影响因素。
结合实验结果和已有研究成果，提出新的观点和方法来改进AFH技术应用。
三、方案实施：1. 实验平台搭建：- 在实验室内搭建具有一定规模和场景可控性的无线通信系统，包括干扰源、干扰受干扰无线设备和AFH设备。
- 配置专业的通信设备和测试设备，用于数据采集和干扰场景模拟。
2. 实验参数设定：- 设定实验中要研究的干扰类型，如窄带干扰、宽带干扰等。
- 设定不同通信频率的无线设备，以模拟实际应用中的多频段干扰。
- 设定不同信道条件，包括室内、室外、多径衰落等。
3. 实验过程：- 通过控制干扰源产生不同的干扰信号，模拟不同的干扰场景。
- 分别记录在开启和关闭AFH技术的情况下，目标通信设备的信号质量、通信成功率等关键参数。
- 采集数据并存档备份，确保数据的真实性和完整性。
无线电短波在信息化时代的应用
无线电短波在信息化时代的应用2中国人民解放军31131部队江苏南京210042摘要：无线电通信技术是当前通信领域最重要的技术之一，而无线电短波技术则是其中最传统的一种。
为了能够更好的发挥无线电短波技术的作用，需要对该技术的发展历程以及现状进行重点分析。
本文首先阐述了无线短波技术的发展历史和特点，然后针对高新技术的应用及其示例进行了研究。
关键词：无线电短波；信息化时代；应用根据当前国际上对短波的划分来看，短波指的是波长在10米至100米，频率为3M赫兹至30M赫兹的电磁波。
采用短波来实现无线电通信的技术称为无线电短波通信，在学术界中还有另一个名称，那就是高频通信。
事实上，为了能够将近距离通信的优势发挥出来，实际中我们所采用的短波频率一般是在1.5兆赫兹至30兆赫兹之间[1]。
1.无线电短波通信的发展历史及其特点1、发展历史短波通信在之前只能进行近距离的通信，但是后来有人发现了该技术也能够进行远距离的通信，至此，短波通信技术得到了广泛的发展，在世界各国军事、政府等领域广泛使用，该技术不仅能够用来进行通话、传真，而且还能够通过地波、天波来进行传输[2]。
一般情况下，使用地波传输的衰耗会根据当前使用的工作频率的提高而不断的增加。
采用地波进行传输时，只能够进行近距离的通信，一般所使用的工作频率要小于5兆赫兹。
不过，地波传输的方式并不会受控于天气带来的影响，所以整体十分稳定。
而采用天波的方式进行传输，则是需要通过电离层来反射回地面，当倾斜投射的电磁波经电离层反射后，就能够直接的向大面积范围的地面上传播。
不过，基于该方式的影响，使得该技术会因为天空电离层的变化以及多个方式传播的影响而变得不稳定，其信道为随参信道。
发展至上个世纪六十年代，卫星通信技术出现，并在当时受到广泛使用，而短波通信技术则受到冷落。
并且，由于卫星通信技术与短波通信技术相比，其优点十分显著，更加的稳定，通信的质量也更好等等，使得在学术界中大量人对短波通信技术的存在产生了质疑。
软件无线电
一
样 。将 不 能 实 现漫 游 。 采用 软 件 无 线 电技 术 使 同 样一 部 手
向 图 可 以 由基 带数 字 信 号器 来 控 制 。
机 ，只要 自动 改变 软 件 ，就 可 以 从 Ｇ Ｍ 网络 上 转 移 到 ｃ ｍａ Ｓ ｄ Ｏ ｅ ｃ ｍａ ０ ０ 络 上 工作 ， 而 实 现 了 同一 部 手机 可 在 肉 ｎ 或 ｄ ２０ 网 从
同 目的 的 无线 电台在 工 作 频段 、调 制方 式 上 存在 差 异 而 无法
互 通 。如 果 需 要互 通 ，就 需 要 作进 一步 的改 进 ，如 美 国 部 分 推 出的 Ｊ Ｒｓ战 术 合作 无 线 系统 ） Ｔ （ 的意 向 合 同 ， 目的就 是 能 其 实 现 基于 软 件 无 线 电技 术 的 可 以互 操 作 、互 工 作 的系 统 。 在
的软 件 。上 述 无 线 功能 可 以 用软 件 升 级来 改 变 无 线参 数 ，可 以按 要 求 的条 件 用 编程 来 设 计 。这 样 就把 无 线通 信系 统 或 产 品 的某 些部 分 转 移 到软 件 上 来 ，无 线通 信 设 备 的 价格 将 与软
Ｉ
堡 缉 盛…
—
—
射 频 发射 机 和 接 收机 。由通 用 平 台和 多 个射 频 发 射
种 网 络 的环 境 下 工作 。 它将 为 众 多 的观 众 和球 迷 带 来 方便 ， 为
厂 家 和运 营 商 迎 来更 多 的商 机 。
机模 块 组 成 。其 工作 频 率 范 围应 足 够 宽 ， 并用 数 字频 率 合 成 技 术 来设 置 ，对每 种 标 准应 能 多 载 波 工作 。
基查特粤
软 件 无 线 电在 可 编 程 的通 用 硬 件 平 台上 ， 利用 软 件 来 定 义 和实 现 无 线设 备 的各 部 分功 能 ，包 括 前端 接 收 ，中频 处理
短波跳频电台的工作原理及应用领域分析
短波跳频电台的工作原理及应用领域分析短波跳频（HFH）是一种无线通信技术，通过频率跳跃的方式传输数据。
本文将详细介绍短波跳频电台的工作原理，并分析其应用领域。
一、短波跳频电台的工作原理短波跳频电台是一种采用频率跳跃技术的无线通信设备。
它通过在一定的频率范围内快速随机跳跃而实现通信。
具体工作原理如下：1. 频率跳跃序列生成短波跳频电台通过电路生成一系列的频率跳跃序列，这个序列由伪随机数生成器产生。
伪随机数的特点是看似随机，但实际上具有一定规律，这样可以使得频率跳跃更有效率。
2. 跳频调谐和发送根据所生成的频率跳跃序列，短波跳频电台在每个时间段内选择对应的频率进行调谐，并将待发送的数据通过无线电信号发送出去。
这样，短波跳频电台就能够在不同的频率上快速切换发送信号。
3. 接收和解调接收端的短波跳频电台也同样根据预定的频率跳跃序列进行调谐，接收无线信号并解调。
解调后的信号可以还原为原始的数据，从而实现通信。
二、短波跳频电台的应用领域短波跳频电台具有一定的特点和优势，其应用领域十分广泛。
以下是几个典型的应用领域分析：1. 军事通信短波跳频电台在军事通信领域具有重要的地位。
它可以有效抵抗干扰和窃听，提供更加安全可靠的通信传输。
军队可以利用短波跳频电台实现情报传递、指挥控制和士兵之间的通信等功能。
2. 紧急救援在自然灾害或紧急救援场景中，通常无法依赖传统的通信设备。
短波跳频电台因其传输范围广、抗干扰能力强的特点，被广泛应用于紧急救援通信中。
它可以在恶劣环境下实现与救援人员的远距离通信，提供重要的信息传递，并协助救援行动迅速展开。
3. 远距离通信短波跳频电台能够传输的范围广，能够在大规模地理区域内进行通信。
这使得它成为远距离通信的理想选择。
例如，在山区或海洋上使用短波跳频电台进行通信，能够有效地克服地形和距离因素，保持通信畅通。
4. 无线电控制系统短波跳频电台在无线电控制系统中有广泛应用。
例如，在工业自动化领域，利用短波跳频电台可以实现远程监控和控制，提高生产效率和安全性。
软件无线电的结构
功
窄带电调
“0”内插上
放
滤波器
变频
A/D
fS / fSm
DSP 软件
D/A
本结构说明
本结构采用了射频直接带通采样原理。
这种带通采样除了需要一个主采样频率fs外，还需
要M个“盲区”采样频率fsm(m= 0,1,2…M-1)，M
值由下式确定：M INT[ 2 fmax ] 式中，INT[x]表示取大于f等s 于x的最小整数。
图1
f
fs / 2
X A( f ) 跟踪滤
B0
图2
波器
X
A
X
A
f
f fcent
f 0
cent
这时数字谱与模拟信号谱的对应关系主要取决 于前置跟踪滤波器所处的位置，当跟踪滤波器
（其中心频率设为 fcent）位于偶数频段，满足：
[(2n 1)
fS 4
B0 ] 2
fcent
[(2n 1)
fS 4
低通采样的软件无线电结构的数字谱：
XD(f )
B
f min
f
f max
fs / 2
图中的频率全部用模拟频率来表示的，且仅画了 正半频率。
宽带中频带通采样的数字谱：
由带通采样定理，采样速率 与f中S 频 满足f0条件：
其AD采样数f0 字谱(2n如下1)图f41S所示，图2为中频信 号模拟频谱 ： X D
fsm / 2
B0
X
A
fcent
X
A
f0
fcent
图2
f
“盲区”采样数字谱与“盲区”频带信号谱的
对应关系取决于前置跟踪滤波器所处的位置，当
其位于偶数(m=0,2,4,6,…)“盲区”时，其对应
基于决策树的调制模式识别与gnuradio模块实现
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，解除对基于硬件、面向用途的电台设计方法中的完全依赖。
由于它所特有的多频段、多体制、多功能的特点，事先无法知道所接收到的信号各种参数，因此，在对信号进行解调前必须要先识别该信号的调制模式及其信号参数。
尤其在当今通信环境下，通信双方处于非合作模式下，电子战日益复杂化，对未知信号的参数分析、模式识别等技术就显得更加重要，在非合作通信系统接收机设计中，自动调制模式识别已经成为重要的研究课题。
本文研究的调制识别是首先进行输入样本特征的选取和处理，这些特征能够表现出信号调制方式的不同，或者对这些特征进行一定的处理后能够表现出信号调制方式的不同。
然后根据所选的特征值进行分类，根据分类的结果判定是哪种调制模式。
调制的方法通常分为脉冲调制和正弦波调制两大类。
脉冲调制是用脉冲串或一组数字信号作为载波的调制方式，正弦波调制则是载波为高频正弦信号的调制方式。
本文主要讨论的是正弦波调制，基于决策树算法进行分类，对算法的选择也可以根据具体的情况具体分析，在具体的情况下，可以选择神经网络等不同的算法。
决策树算法具有高效性的特点，用其进行分类，提高了识别效率，并且可以用于CPU频率低的系统中进行调制模式识别，比如PDA，智能手机等，这样可以以最快的速度得到信号的解调信号，得到我们要用的信息。
本文通过提取信号的特征值，将特征值通过决策树进行分类，对输入的多种调制信号进行选择提取，能够正确识别出AM、FM、QPSK等调制信号，在8dB时对调制信号的平均识别正确率可达到95%以上。
本文使用GNU Radio平台，这个作为软件无线电的一种开发平台，利用它提供的信号运行和处理模块，在易制作的低成本的射频（RF）硬件和通用微处理器上实现软件定义无线电。
通过使用GNU Radio的通用的硬件开发平台，节省了大量资金，并且具有很强的扩展性，可以通过使用不同的软件算法，实现不同的功能。
《软件无线电技术》课件
边缘计算技术可以将计算和数据处理能力从中心服务 器转移至设备边缘，降低延迟和提高响应速度。
物联网的广泛应用
随着物联网的广泛应用，软件无线电将在智能家 居、智能交通、智能工业等领域发挥重要作用。
软件无线电可以通过物联网技术实现各种设备的 互联互通，提高设备的智能化程度和用户体验。
软件无线电还可以通过物联网技术实现设备的远 程监控和维护，提高设备的可靠性和安全性。
谢谢聆听
信号处理复杂性
总结词
信号处理复杂性是软件无线电技术的另一个挑战。
详细描述
软件无线电需要处理各种不同的信号，包括模拟信号和数字信号，而且需要能够 快速、准确地转换和处理这些信号。这需要高效的算法和强大的计算能力，增加 了软件无线电的复杂性。
安全与隐私保护
总结词
安全与隐私保护是软件无线电技术必须考虑的重要问题。
详细描述
在无线通信中，安全和隐私保护至关重要。软件无线电需要 采取有效的措施来保护用户的隐私和通信安全，防止数据被 窃取或篡改。这需要在设计和实现软件无线电时充分考虑安 全和隐私保护的需求。
标准化与互操作性
总结词
标准化与互操作性是软件无线电技术的另一个挑战。
详细描述
为了实现不同厂商和不同系统之间的互操作性，软件无线电需要遵循统一的标准化协议和规范。这需要软件无线 电技术和相关标准不断发展和完善，以确保不同系统之间的兼容性和互操作性。同时，标准化也有助于推动软件 无线电技术的普及和应用。
的信号接收和发送，支持多种移动通信标准。
02பைடு நூலகம்
软件无线电技术可以提高移动通信系统的灵活性和可
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基于软件无线电的跳频电台调制解调设计
随着通信技术的发展,军事通信对无线电台的高速数据传输能力
和综合抗干扰能力提出了越来越高的要求。而超短波跳频通信作为一
种抗干扰、抗截获、抗侦测的安全传输方式已经广泛应用在各种军事
无线通信领域。同时各军种之间相互通信和联合作战要求有一个开放
式、标准化的软、硬件平台结构,所以软件无线电的思想被广泛应用。
本文将软件无线电和跳频通信技术相结合,提出了基于软件无线电思
想的跳频超短波电台数字调制解调方案。该方案主要采用FPGA+DDS
的硬件电路方式实现电台的调制解调：电台发射时,采用GMSK调
制,FPGA内部直接将基带信号上变频到射频,用FPGA控制DDS芯片产
生模拟射频已调波形,后接滤波和放大即可送到天线端；电台接收
时,FPGA首先控制DDS产生跳频频率合成器,作为电台信道中放板下
变频的本振信号,接着A/D采样二中频信号,在FPGA内部实现数字下
变频,解调等功能。本方案已应用在新型超短波跳频电台上,通过对电
台的测试验证了本方案能够满足需求,性能达到预期的设计目标。实
践证明该方案简易可行,具有一定的应用和参考价值。