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基于DSP+FPGA的軟件無線電平臺的設計

2015-10-19
關鍵詞: FPGA DSP


  軟件無線電的中心思想構造一個具有開放性,、標準化、模塊化的通用硬件平臺,,將通信的各種功能通過軟件來完成,,并使寬帶A/D和D/A轉換器盡可能靠近天線,,以研制出具有高度靈活性,、開放性的新一代無線通信系統(tǒng)。由于軟件無線電可以通過增加軟件模塊來增加 新的功能,,而且硬件也可以隨著器件的發(fā)展而不斷地升級,, 所以這一概念一經 提出就受到了廣泛的關注。系統(tǒng)結構設計目前受器件的限制,,軟件無線電一般都采用中頻采樣的結構,,這樣做既兼顧了軟件無線電的思想,又能在目前的器件水平下搭建實際可應用的系統(tǒng),。本文的軟件無線電平臺也采用了這一結構,。隨著無線通信系統(tǒng)的發(fā)展都在朝著高速率、可移動性方向發(fā)展,,因此本平臺的設計也必然要適應寬帶無線通信系統(tǒng)的要求,。平臺結構平臺主要針對系統(tǒng)物理層中的中頻和基帶處理單元而設計。系統(tǒng)的結構如圖1所示,。平臺由一個DSP(TMS320C6414T),、兩片FPGA(Cyclone EP1C6Q240C8)、上變頻芯片DUC(AD9857),、下變頻芯片DDC(HSP50214B)等構成,。
  DSP的主頻很高,而且內部資源 豐富,,支持 高級語言的編程,,適合于串行的算法,用來完成協(xié)議和基帶處理,;FPGA配置靈活多變,,雖然主頻不太高, 但是鑒于其并行處理能力突出,,用于完成時鐘分配,、芯片設置、接口轉換等,;AD9857和HSP50214B是用于上下變頻的ASIC,集成程度高,,參數設置靈活,,可以滿足多模式的數字上下變頻,數據速率變換和濾波,。下面簡要介紹一下平臺上器件的性能,。器件介紹DSP平臺選用的DSP芯片是TI公司的TMS320C6416T芯片。該處理器屬于32位定點處理器,,主頻1GHz,,內部集成豐富的 外設和接口,。在指令結構上,擴展了尋址指令,、位域指令,、打包解包、控制轉移等指令,,增強了芯片的處理能力,。在計算2048點的復數FFT運算時,可以在大約26 000個時鐘周期內完成,。
  6416T主要包含的模塊有:1)兩個通用寄存器組,,64個32位通用寄存器;2)8個功能單元,,6個ALU(32/40b),,兩個乘法器(16×16);3)一共8.256Mb的兩級緩存內部存儲,;此外,,還有沒有列出的Viterbi編解碼協(xié)處理器(VCP)和Turbo碼編解碼協(xié)處理器(TCP)。VCP支持500路7.95Kb/s AMR,,TCP可以處理6路2Mb/s 3GPP,。
  接口方面包括:1)多通道EDMA控制器;2)多通道緩沖串口(MCBSP),;3)高性能外部存儲器接口(EMIF),;4)可訪問DSP的整個存儲空間的主機口(HPI);這里不在一一列舉,。上變頻芯片AD9857AD9857是一款高性能的數字上變頻器,,最高時鐘為200MHz,根據外時鐘的范圍,,可以選擇0~80MHz的任意中頻輸出,;芯片還具有兩級內插功能,可以實現4倍固定內插和2~64倍可選內插倍數,,便于多數據速率變換,;14b的DAC。A/D變換器AD9051ADC選用ADI公司的AD9051,,最高采樣速率達到60MSPS,,10b輸出,對于中心頻率較低的中頻信號可以進行直接采樣,,中頻值較高的則運用帶通采樣方式,。下變頻芯片HSP50214BHSP50214B是專用數字下變頻芯片中綜合性能最好的,除數字下變頻外還具有最高255階可編程FIR濾波器,0~96dB動態(tài)范圍的 AGC自動增益控制,,數據速率變換包括4~32倍CIC抽取和5級HB抽取,,以及FIR1-16倍抽取,坐標轉換,,鑒頻等功能,,而且具有四種輸出形式,接口靈活,。
  FPGA由于平臺上的中頻處理由ASIC完成,,所以FPGA選用了CycloneⅡ EP1C6Q240C8,這是一款低 端的FPGA芯片,,邏輯單元只有6000門,,主要用來完成時鐘分配,接口轉換,,ASIC控制字配置,,以及作為DSP的協(xié)處理器的補充。軟件無線電平臺較好的整合了DSP,、ASIC和FPGA,,兼顧了系統(tǒng)的通用性和 復雜度,ASIC的應用減少了系統(tǒng)配制時的軟件設計復雜度,。

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