摘要：介紹了軟件無線電的思想和結(jié)構(gòu)，提出了一種實現(xiàn)軟件無線電試驗平臺的設(shè)計方案，隨后對各個模塊進行了分析。整個試驗平臺可以根據(jù)用戶的需求產(chǎn)生各種調(diào)制制式的中頻信號；也可以接收各種中頻信號，并變頻成基帶信號。另外，它利用通用微機完成形式多樣的基帶信號處理，使得整個平臺結(jié)構(gòu)簡單，功能強大。
關(guān)鍵詞：軟件無線電
數(shù)字上變頻 數(shù)字下變頻 PCI總線
軟件無線電技術(shù)是的幾年發(fā)展的新技術(shù)，是繼無線電通訊從模擬到數(shù)字，從固定到移動的第三次革命。當初，是由于解決軍事通訊中的不同體制、不同標準之間的兼容性而提出來的一種技術(shù)要求。但是，近幾年來，由于第三代移動通訊標準UMTS（Universal
Mobile Telecommunications Systems）的提出，這要求地持多媒體的信息傳輸，如語音、圖像、傳真、互聯(lián)網(wǎng)服務。這就要求它支持寬帶的移動多媒體服務。只有利用軟件無線電技術(shù)才能如此復雜地傳輸數(shù)據(jù)，這為軟件無線電提供了更為廣闊的應用前景。軟件無線電的基本概念是利用通用的硬件作為無線通信的平臺，而把盡可能多的個人通信功能和服務采用軟件來實現(xiàn)。它的優(yōu)質(zhì)主要表現(xiàn)在以下四個方面：（1）系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)通用，功能實現(xiàn)靈活；（2）系統(tǒng)的改進和升級方便；（3）不同通信系統(tǒng)之間可以進行通信；（4）肯有良好的復用性。
軟件無線電的基本概念是把硬件作為無線電的基本平臺，而把盡可能多的列線電及個人通信功能用軟件實現(xiàn)。這樣無線通信新系統(tǒng)，新產(chǎn)品的開發(fā)將逐步轉(zhuǎn)移到軟件上，軟件無線電的關(guān)鍵思想與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于：將AD和DA向RF端靠近，由基帶移到中頻，甚至到射頻，同時用高速的DSP／CPU做A／D后的一
系列處理。但是由于現(xiàn)在DSP、ADC技術(shù)等還不能滿足這種理想結(jié)構(gòu)的要求，現(xiàn)在具備的條件能夠?qū)崿F(xiàn)的軟件無線電結(jié)構(gòu)，它將專用的可編程DUC，DDC代替了DSP的中頻信號處理功能。在本文中討論的軟件無線電試驗平臺的結(jié)構(gòu)是基于圖2所示的結(jié)構(gòu)圖進行設(shè)計的，對些我們利用了可編程的上變頻和下變頻芯片代替數(shù)字處理器（DSP），用以彌補目前DSP運算速度不能滿足軟件無線電要求的缺陷。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
我們設(shè)計和軟件無線電試驗平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3
，它主要由發(fā)射模塊和拉收模塊兩個主要
部分組成。系統(tǒng)的發(fā)射模塊可以處理多種基帶信號，并可由用戶選擇調(diào)制方式、設(shè)置發(fā)送波波器數(shù)以及輸出頻度，并最終生成中頻為10－20MHz的多種調(diào)制信號（如AM、
FM、MPSK、QAM等）。系統(tǒng)的接收模塊能夠收多種指示的中頻信號（如AM、FM、MPSK、MFSSK、QAM等），要求調(diào)制信號的載頻在20MHz以下，模擬調(diào)制信號的基帶帶寬不超過500kHz。數(shù)字調(diào)制信號的碼元速率不超過16kSPS。整個系統(tǒng)由一片CPLD芯片進行控制，由引可以簡化電路，方便調(diào)度，提高系統(tǒng)工作的可靠性。
在系統(tǒng)的設(shè)計中，我們并沒有采肜傳統(tǒng)的方法利用DSP進行基帶信號處理，而是利用通用微機對基帶信號進行處理，并采用PCI總線進行數(shù)據(jù)傳輸，主要基于以下兩個原因：一則當前通用計算機發(fā)展迅速，如基于奔騰Ⅲ的通用計算機的綜合處理性能接近甚至超過第三代的DSP處理芯片（如IT公司的YSM320C50系列），利用和微機對基帶信號進行處理比DSP更方便。二則PCI總線具有很高的輸速率（峰值速率可達132MB／s），而我們設(shè)計的系統(tǒng)基帶信號輸速率是在1000kSPS以下，所以利用PCI總線來傳輸數(shù)據(jù)完全可以滿足要求。
系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要包括總線控制器S5933、外部FIFO、全局控制器CPLD、數(shù)字上變頻器件HSP50215、數(shù)字下變頻器件HSP50214B、HSP50210、高速D／A器件AD9762等單元。如圖3所示，待發(fā)射的基帶信號由PCI總線輸入，經(jīng)FIFO緩存后送入數(shù)字上變頻器件HSP50215輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬中頻信號；高速和A／D器件將中頻的調(diào)制信號數(shù)字化后傳輸給HSP50214B，下變頻得到的基帶信號經(jīng)FIFO緩存，由S5933經(jīng)PCI總線傳給計算機處理。
2 各個功能模塊分析
2.1 總線控制器S5933
S5933是由AMCC公司生產(chǎn)的一種功能強、使用靈活的PCI總線控制器專用芯片，該
芯片符合PCI局部線規(guī)范2.1版。它提供了操作簡單而功能強大的開發(fā)接口：PCI接口與Addon接口，PCI接口與PCI部相連，Addon接口與用戶的電路相連，用戶不用理會PCI總線的繁瑣規(guī)范，只需對Addon接口進行PCI擴展板的設(shè)計。S5933支持DMA傳輸，它的峰值傳送速率為132MB／s（32位PCI數(shù)據(jù)線），完全可以滿足基帶信號的雙向傳輸。
S5933提供3種數(shù)據(jù)偉輸方式：信箱方式、PASSTHRU方式、FIFO方式。信箱方用于PCI總線與Addon
接口之間進行簡單的數(shù)據(jù)傳輸。PASSTHUR方式使得主機以訪問內(nèi)存的方式訪問Addon接口的擴展空間。FIFO方式可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在PCI總線上進行DMA傳輸。此我們利用PASSTHRU方式實現(xiàn)對擴展板和可編程芯片的控制字和濾器系數(shù)的訪問，使得此試驗平臺可以工作在不同的方式中。利用FIFO方式實現(xiàn)基帶信號在PCI總線上的DMA傳輸。
2.2 可編程字下變頻器HSP50214B一HSP50210
HSP50214B是由HARRIS公司生產(chǎn)的一種可編程數(shù)字下變頻芯片，它對數(shù)字化中頻信號進行下變頻、抽取濾波、窄帶低通濾波、增益控制、重采樣、坐標轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號處理，輸出的基帶信號可以由一般的DSP或通用微機處理。HSP50214B支持各種數(shù)字解調(diào)方式（如BPSK、BASK、MPSK、MSK、MQAMD等）和各種模擬解調(diào)方式（如AM、FM、VBS、SSB等）。輸入的數(shù)字化中頻信號的速率可達65MSPS，輸出的基帶信號和速率可達12.94MSPS，帶寬可達982kHz。它是的一個重要特必是可以通過改變內(nèi)部寄存器的值從而改整個芯片的工作方工和狀態(tài)，我們可以通過軟件改變解調(diào)的方式、中頻信號的輸入方式、載波的中心頻率與相移、數(shù)控振蕩器的頻率、增益控制的方式、輸入和輸出數(shù)據(jù)的格式等；另外，HSPO50214B中有兩個（I、Q兩路通道）可編程的256階濾波器，它具有整形和抽取的功能。
HSP50210是由HARRIS公司生產(chǎn)的一種數(shù)字載波相位估計器件，它與HSP50215一起完成PSK信號的解凋。
2.3 可編程的數(shù)字上變頻器HSP50215
HSP50215是上HARRIS公司生產(chǎn)后種編程數(shù)字上變頻芯片，它支持各種數(shù)字調(diào)制方式（如BPSK、MPSK、MSK、MQAMD等）和各種模擬調(diào)制方式（如AM
、FM 、VBS、SSB等）。HSP50215的基帶數(shù)據(jù)的輸入率可達3.23MSPS，而經(jīng)它上變頻調(diào)制的信號的輸出率呆達52MSPS，輸出的中頻載波頻率在10－20MHz之間。它是一個重要特性是可以通過改變內(nèi)部寄存器的值從而改變整個芯片的工作方式和狀態(tài)，我們可以通地軟件改變調(diào)制的方式、基帶信號的輸入速率、載波的中心頻率、輸入和輸出數(shù)據(jù)的格式、同步方式等；另外HSP50215中有兩個（I、Q兩路通道）可編程的256階濾波器，它具有整形和插值的功能。
2.4 全局控制器CPLD
整個系統(tǒng)的所有控制邏輯由一片CPLD器件（Altera公司的的EPM7192）承擔，其控制對象包括S5933的Addon接口、外部FIFO、HSP50215的控制接口HSP50214B的控制接口。全避控制器主要完成以下任務：設(shè)置HSP50215內(nèi)部寄存器；實現(xiàn)基帶數(shù)據(jù)主機內(nèi)存與HSP50215輸入通道之間的傳輸以及實現(xiàn)基帶數(shù)據(jù)主機內(nèi)存與HSP50214B輸入通道之間的傳輸。對于下變模塊，由于解調(diào)的過程存在相位和載波同步的問題（由HSP50210完成），所以在系統(tǒng)的工作過程中要在線改變HSP50214B內(nèi)部寄存器，設(shè)計控制邏輯中要著重考慮。對于變頻模塊，由于調(diào)制過程中不存在類似于鎖相環(huán)的反饋結(jié)構(gòu)，這意味著一旦啟動基帶數(shù)據(jù)傳輸后不需要更改HSP50215控制參數(shù)。因此寫HSP50215控制字與基帶數(shù)據(jù)傳輸是兩個相互獨立的控制邏輯，這使得設(shè)計過程比較清晰。
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