引言
隨著無線通信的發(fā)展,，出現(xiàn)了多種模式的通信體制,，為了滿足互通性的問題，軟件無線電" title="軟件無線電">軟件無線電的思想被提出來,。所謂軟件無線電,，其中心思想是：構(gòu)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(zhuǎn)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(jīng)提出就受到了廣泛的關注。
OFDM" title="OFDM">OFDM（orthogonal frequency division multiplexing,，正交頻分復用）是一種具有多種優(yōu)點的傳輸系統(tǒng),，目前已經(jīng)有很多應用，而且隨著第四代（4G" title="4G">4G）無線通信系統(tǒng)的研究進入實質(zhì)性階段,，OFDM極有可能成為4G中的傳輸方案,。本文在此背景下，設計了一種基于軟件無線電的平臺,，并在此平臺上實現(xiàn)了OFDM傳輸系統(tǒng),，
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),，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(jié)構(gòu),。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(jié)構(gòu)
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(jié)構(gòu)如圖1所示。平臺由一個DSP（TMS320C6414T" title="TMS320C6414T">TMS320C6414T）,、兩片F(xiàn)PGA（Cyclone EP1C6Q240C8" title="EP1C6Q240C8">EP1C6Q240C8）,、上變頻芯片DUC（AD9857）、下變頻芯片DDC（HSP50214B）等構(gòu)成,。
圖1 平臺結(jié)構(gòu)圖
根據(jù)信號處理模塊和各芯片數(shù)據(jù)處理的特點,，我們將各通信模塊分配到不同的器件中來完成,。DSP的主頻很高,，而且內(nèi)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(zhuǎn)換等,；AD9857和HSP50214B是用于上下變頻的ASIC，集成程度高,，參數(shù)設置靈活,，可以滿足多模式的數(shù)字上下變頻，數(shù)據(jù)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(nèi)部集成豐富的外設和接口。在指令結(jié)構(gòu)上,，擴展了尋址指令,、位域指令、打包解包,、控制轉(zhuǎn)移等指令,，增強了芯片的處理能力。在計算2048點的復數(shù)FFT運算時,，可以在大約26 000個時鐘周期內(nèi)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(nèi)部存儲,；此外，還有圖1中沒有列出的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AD9857
AD9857是一款高性能的數(shù)字上變頻器,，最高時鐘為200MHz，根據(jù)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(nèi)插功能，可以實現(xiàn)4倍固定內(nèi)插和2～64倍可選內(nèi)插倍數(shù),，便于多數(shù)據(jù)速率變換,；14b的DAC。
● A/D變換器AD9051
ADC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HSP50214B
HSP50214B是專用數(shù)字下變頻芯片中綜合性能最好的，除數(shù)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換,，ASIC控制字配置，以及作為DSP的協(xié)處理器的補充,。
該平臺較好的整合了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,。
OFDM收發(fā)信機的實現(xiàn)
OFDM技術是當前的熱門技術之一，與傳統(tǒng)的傳輸技術相比，OFDM具有：1）降低了子載波的數(shù)據(jù)速率,，減小了無線信道引起的ISI,，有效的降低了多徑干擾；2）采用若干相互正交的子載波,，頻譜有重疊，最大限度地提高頻譜效率,；3）采用IFFT和FFT進行調(diào)制和解調(diào),，硬件實現(xiàn)簡單；所以,，盡管存在峰均比較高以及對頻偏敏感等問題,，OFDM仍然不失為一種性能優(yōu)良的傳輸方式。目前采用了OFDM的標準主要有數(shù)字音頻廣播（DAB）,、數(shù)字視頻廣播（DVB）,、歐洲無線局域網(wǎng)Magic WAND、802.11,、非對稱數(shù)字用戶線（ADSL）等,。為此，我們在本平臺上實現(xiàn)了OFDM的收發(fā)信機,。
本OFDM系統(tǒng)采用了如下的基帶和中頻結(jié)構(gòu),，如圖2所示。圖2中,，音頻編碼采用了G.729標準,，加擾采用了9位的反饋移位寄存器產(chǎn)生的偽隨機序列，壓擴部分為μ律壓擴變換,，其中μ=3,。另外，系統(tǒng)子載波個數(shù)為2048,，載波間隔1kHz,，中頻40.96MHz。圖中的結(jié)構(gòu)幾乎包括了所有 OFDM系統(tǒng)應有的處理單元,，具有一定的代表性,，在此基礎上經(jīng)過必要的參數(shù)修改，可以演變出絕大多數(shù)標準的系統(tǒng),。為了便于接收端的同步處理,，在幀結(jié)構(gòu)上采用了類似DAB的結(jié)構(gòu)，每幀76個符號,，其中第一個符號為空符號,，第二個符號為固定的相位參考符號。
圖2 OFDM系統(tǒng)框圖
通過對各模塊功能的分析，并結(jié)合本平臺上各器件的特點,，對各模塊的實現(xiàn)在平臺上進行分配,。圖3顯示了這種分配方式。
圖3 OFDM系統(tǒng)處理流程
數(shù)據(jù)接口方面,，發(fā)射端DSP將經(jīng)過基帶處理以后成幀的信號通過EMIF接口發(fā)送到FPGA的FIFO中緩存,，然后數(shù)據(jù)進入數(shù)字上變頻器，進行40.96MHz的上變頻,，上變頻后的數(shù)據(jù)經(jīng)過4倍固定內(nèi)插和CIC的24倍內(nèi)插后經(jīng)過D/A輸出,，形成OFDM中頻信號。如圖4所示,。
圖4 OFDM中頻信號頻譜儀截圖
接收端對中頻信號以32.768MHz進行帶通采樣,，數(shù)字下變頻器對采樣后8.192MHz的鏡像頻率進行數(shù)字下變頻，之后對信號進行16 倍的抽取,，使信號速率下降到2M,，HSP50214采用并行直接輸出的模式，分兩路分別輸出16b的IQ兩路數(shù)據(jù),，F(xiàn)PGA通過并串轉(zhuǎn)換,，將數(shù)據(jù)通過 MCBSP送入DSP進行同步處理和基帶處理，得到原發(fā)送信息,。
結(jié)論
本文提出了一種基于DSP,、FPGA以及ASIC的軟件無線電平臺，并在該試驗平臺上完成了OFDM系統(tǒng)的基帶和中頻設計,，并且經(jīng)過了實際的驗證,，系統(tǒng)運行情況良好，有效地支持多種通信模式,，是一種應用廣泛的軟件無線電平臺,。目前正在對功率放大器的基帶預失真技術進行研究，以進一步的改善系統(tǒng)性能,。