今年已經(jīng)是我創(chuàng)業(yè)第7年了，本來挺有技術(shù)含量的工作變成了體力活，我還很年輕，很想在技術(shù)領(lǐng)域有所突破。軟件無線電是我一直想要進(jìn)入的領(lǐng)域，苦于自己被公司已有業(yè)務(wù)占用了太多時(shí)間，自己也不是通信專業(yè)出身，遲遲沒能開始軟件無線電類產(chǎn)品的開發(fā)。近期公司業(yè)務(wù)受到了疫情影響，出現(xiàn)了一段時(shí)間空檔，剛好可以把之前的學(xué)習(xí)資料整理一下，分享給各位讀者。可以肯定的是，文中會(huì)有很多錯(cuò)誤，也會(huì)有很多不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤剑x者可以通過郵件反饋給我，我也很期待自己能在數(shù)字通信方向更加深入地學(xué)習(xí)。本文記錄了我學(xué)習(xí)使用ADI AD9361的過程，最終在開發(fā)板上使AD9361輸出了預(yù)期的波形，如下，可以看到，AD9361的輸出信號(hào)可以通過儀器進(jìn)行解調(diào)。
我們知道，AD9361是一款具有里程碑意義的產(chǎn)品，其內(nèi)部集成了ADC DAC及多個(gè)射頻組件，大大降低了軟件無線電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。想要讓AD9361輸出想要的波形，則需要按照一定的格式將數(shù)據(jù)送至AD9361的DA，并通過IQ調(diào)制到射頻頻段。看起來簡單的過程，實(shí)際上卻是一個(gè)超級(jí)復(fù)雜的過程，涉及到太多的數(shù)學(xué)知識(shí)。為此，我首先復(fù)習(xí)了《工科數(shù)學(xué)分析》、《線性代數(shù)與空間解析幾何》、《信號(hào)與系統(tǒng)》這幾門課程，這些課程都是我在大學(xué)階段學(xué)過的，同時(shí)我自學(xué)了通信專業(yè)的一些課程包括《數(shù)字信號(hào)處理》和《通信原理》，學(xué)習(xí)越是深入，越是領(lǐng)略到數(shù)字通信的博大精深，我平時(shí)工作中用到的知識(shí)連皮毛都算不上。回想起第一份工作時(shí)研發(fā)老大說過的工程師成長路線：skill level，marketing level，standard level，能搞標(biāo)準(zhǔn)的這些人真是厲害！
相信閱讀本文的讀者都能知道幾種基本的調(diào)制方式：幅度調(diào)制，頻率調(diào)制，相位調(diào)制，其中，相位調(diào)制具備很強(qiáng)的抗干擾能力，考慮到后期會(huì)開發(fā)的第一款軟件無線電產(chǎn)品要具備高可靠性，我就把相位調(diào)制也就是PSK作為首個(gè)研究對(duì)象。本文的目標(biāo)是用AD9361產(chǎn)生BPSK調(diào)制波形，其信道帶寬可以根據(jù)需要任意設(shè)定。
目標(biāo)已經(jīng)設(shè)定好了，我們知道BPSK是載波相位隨著0，1序列做改變，那么這個(gè)過程如何實(shí)現(xiàn)呢？有一個(gè)非常簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算，我們假定1對(duì)應(yīng)的相位為0，0對(duì)應(yīng)的相位是180度，載波信號(hào)是cos(wt)（這里不必關(guān)心載波的幅度與初始相位），則有以下的對(duì)應(yīng)關(guān)系
| 基帶信號(hào) | 載波相位 | 載波信號(hào) |
| 1 | 0 | cos(wt) |
| 0 | pi | cos(wt+pi)=-cos(wt) |
假定數(shù)字序列中出現(xiàn)0 1是等概率的，則這些0 1序列加起來的平均值是0.5，這就意味著這個(gè)數(shù)字序列是有直流偏移的，想象一下，其頻譜必定在0頻處有一根線（傅里葉變換），這顯然不是我們想要的，因?yàn)檫@種方式既浪費(fèi)能量又不能傳遞任何信息。因此，在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，用-1 1（即NRZ，不歸零）代表0 1，仍假定-1 1是等概率出現(xiàn)的，則這些-1 1序列加起來的平均值就是0，這樣就可以消去直流分量了，還可以提升抗干擾能力。兩種數(shù)字序列的頻譜如下圖所示。
0 1序列的頻譜有很高的直流分量
-1 1序列可看作沒有直流分量對(duì)應(yīng)的Matlab代碼如下
clear;clc;
N=200;
Tb=4;
rb=randi([0 1],N,1);
gt = ones(1, Tb);
Sinput=[] ;
for n=1:length(rb)
if rb(n)==0
Sinput=[Sinput gt];
else
Sinput=[Sinput -1*gt]; %-1 1序列
%Sinput=[Sinput zeros(1, Tb)]; %0 1 序列
end
end
plot(20*log10(abs(fft(Sinput))));
ylim([0 inf]);
于是，大家普遍采用如下的對(duì)應(yīng)關(guān)系
| 基帶信號(hào) | 載波相位 | 載波信號(hào) |
| 1 | 0 | cos(wt) |
| -1 | pi | cos(wt+pi)=-cos(wt) |
顯而易見，用數(shù)字序列-1 1與載波cos(wt)相乘，直接就可以得到調(diào)制后的信號(hào)。這樣一來，把AD9361當(dāng)作簡單的DAC，讓它輸出-1 1，再與載波相乘，不就得到調(diào)制后的信號(hào)了嗎？的確如此。
進(jìn)一步，教科書上都會(huì)寫B(tài)PSK方式解調(diào)時(shí)存在相位翻轉(zhuǎn)，造成誤判，在實(shí)際通信系統(tǒng)中采用的都是差分PSK即DPSK，也就是當(dāng)前比特與前一個(gè)比特做異或運(yùn)算（相同為0，不同為1）。因此，基帶信號(hào)在與載波相乘前，需要做一個(gè)差分變換，對(duì)應(yīng)的matlab代碼如下。
%并將絕對(duì)碼變換為相對(duì)碼
ds=ones(1,N);
for i=2:N
if s(i)==1
ds(i)=-ds(i-1);
else
ds(i)=ds(i-1);
end
end
差分編碼后的頻譜與原始信號(hào)頻譜沒有差別。至于頻譜為什么是長成這個(gè)樣子的，《通信原理》（樊昌信，曹麗娜，國防工業(yè)出版社）給出了很好的闡述。
