1．引言
軟件無線電(software defined radio)是由J．Mitola在1992年提出的一個概念，它的核心思想是在完全可編程的硬件平臺上通過注入不同的軟件，實現(xiàn)對工作頻段、調(diào)制解調(diào)方式、信道多址方式等無線功能的改變。調(diào)制解調(diào)技術(shù)在軟件無線電的研究過程中是一個重要的組成部分。目前對于軟件無線電調(diào)制技術(shù)的實現(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)計方法實現(xiàn)[2]，然而在某些場合，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)計出符合自己需要的調(diào)制電路就是一個很好的解決方法[3]，它提供了一個良好的數(shù)字無線通訊系統(tǒng)驗證環(huán)境，可以將多種調(diào)制算法在實驗平臺上實現(xiàn)，并通過平臺提供的基本控制系統(tǒng)實現(xiàn)對系統(tǒng)的驗證仿真，并且用這種軟件化硬件的設(shè)計方案，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、易于升級等優(yōu)點[4Ⅱ5]。
本文采用了Altera公司推出的FPGA的DSP開發(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)計了一種適合于軟件無線電使用的可控數(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芯片上進行系統(tǒng)實現(xiàn)。
2．FSK、PSK、ASK調(diào)制原理
在數(shù)字通信系統(tǒng)中，數(shù)字基帶信號通常要經(jīng)過數(shù)字編碼然后調(diào)制后再傳輸。常見的調(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)字波形序列來表示｛ak｝，通常二進制數(shù)字基帶信號表示為：
其中，ak為二元碼符號，1或0；g()為單極性不歸0波形，歸一化幅度；Tb為二元序列碼元問隔。
則頻移鍵控(FSK)信號為：
其中W1為傳號載頻；W2為空號載頻；θ1．和θ2分別為傳號與空號載波的初相，在[-π，π]均勻分布；w0=(w1+w2)／2為載波頻率；kTb≤t≤(k+1)Tb。 
對于所設(shè)計的系統(tǒng)采用正交調(diào)制，對此表現(xiàn)在已調(diào)信號(傳號與空號)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)個載波周期，即Tb=mTo，這是對以后在DSP Builder中優(yōu)化系統(tǒng)時的依據(jù)。實現(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，可以達到精確、無偏離、便于集成等優(yōu)點。圖1為DDS的基本實現(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、基準時鐘源、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，將一個正弦波周期的N個均勻采樣點存儲在存儲器中，以均勻速率將這些采樣點輸送到DAC，即可得到一個單頻正弦波，如果每隔K個采樣點輸出一個數(shù)據(jù)，則會得到K倍頻的正弦波。但是，系統(tǒng)會存在一個上限頻率，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個點輸出一個采樣值，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，只有增加一個周期的采樣點N，也就是增加采樣頻率。這是以后計算中頻調(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，輸出相對帶寬寬，頻率分辨率高等特點，而且DDS的這些功能應(yīng)用于軟件無線電中，可以部分降低CPU的處理負擔(dān)，使整個系統(tǒng)的性能達到較好的程度[8]。
