| 摘 要： 軟件無線電是未來移動(dòng)通信的一個(gè)重要研究方向。系統(tǒng)地介紹了軟件無線電的特點(diǎn)及其體系結(jié)構(gòu),并結(jié)合DSP芯片TMS320C541分析了它的一種應(yīng)用模式。 關(guān)鍵詞： 軟件無線電 數(shù)字信號處理器（DSP）VME（Virtual Machine Environment)總線 軟件無線電是基于同一硬件平臺(tái)上,安裝不同的軟件來靈活實(shí)現(xiàn)多通信功能多頻段的無線電臺(tái),它可進(jìn)一步擴(kuò)展至有線領(lǐng)域 。其主要特點(diǎn)如下： ·系統(tǒng)功能軟件化：軟件無線電將A/D變換盡量向射頻端靠攏,將中頻以下全部進(jìn)行數(shù)字化處理,以使通信功能由軟件來控制,系統(tǒng)的更新?lián)Q代變成軟件版本的升級,開發(fā)周期與費(fèi)用大為降低。 ·系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)模塊化：采用模塊化設(shè)計(jì),模塊的物理和電氣接口技術(shù)指標(biāo)符合開放標(biāo)準(zhǔn)。同類模塊通用性好,通過更換或升級某模塊就可實(shí)現(xiàn)新的通信功能。 ·利于互換：不同的通信系統(tǒng)都基于相同標(biāo)準(zhǔn)的硬件平臺(tái),只要加載相應(yīng)的軟件就可完成不同的電臺(tái)與不同系統(tǒng)之間的互聯(lián)。 ·系統(tǒng)監(jiān)控方便：由于軟件無線電至少在中頻以后進(jìn)行數(shù)字化處理,通過軟件就可很方便地完成寬帶天線監(jiān)控、系統(tǒng)頻帶調(diào)整、信道監(jiān)測與自適應(yīng)選擇、信號波形在線編程、調(diào)制解調(diào)方式控制及信源編碼與加密處理。 軟件無線電通信隨著DSP技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的成熟,特別是低功耗DSP芯片的出現(xiàn),使軟件無線電的應(yīng)用研究成為熱點(diǎn)。國外軟件無線電的發(fā)展較早,美國ARPA早已提出了其相關(guān)的計(jì)劃作為美陸�？盏墓灿猛ㄐ畔到y(tǒng),其中多頻段多模式電臺(tái)（MBMMR）是該計(jì)劃的主要組成部分。國內(nèi)也有一些相應(yīng)產(chǎn)品出現(xiàn),但都采用浮點(diǎn)DSP芯片TMS320C40來實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交換與處理。而’C40功耗較大,目前應(yīng)用還需改進(jìn)與完善。本文就軟件無線電的體系結(jié)構(gòu)以DSP芯片TMS320C541構(gòu)成模式為基礎(chǔ)對其作一分析和探討。 １ 軟件無線電的體系結(jié)構(gòu) 軟件無線電具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通用、功能實(shí)現(xiàn)軟件化和互操作性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。其體系結(jié)構(gòu)由電源、天線、多帶射頻轉(zhuǎn)換器和A/D/A變換器與DSP組成。與用戶端相連的是窄帶話音傳真A/D與D/A變換器,完成信源編解碼功能。與此不同,基站在信源端直接與PSTN相連,完成接入和遠(yuǎn)端信源編碼,也包括接口之間的協(xié)議處理 。  在軟件無線電體系結(jié)構(gòu)中,寬帶A/D/A轉(zhuǎn)換器的位置盡可能地靠近天線端,對整個(gè)頻帶系統(tǒng)進(jìn)行采樣,即從中頻（甚至射頻）開始就進(jìn)行數(shù)字化處理。軟件無線電的關(guān)鍵步聚是以可編程能力強(qiáng)的DSP來代替專用的數(shù)字電路,使系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與功能相對獨(dú)立。這樣就可基于一相對通用的硬件平臺(tái),通過軟件實(shí)現(xiàn)不同的通信功能,并可對工作頻率、系統(tǒng)頻寬、調(diào)制方式和信源編碼等進(jìn)行編程控制,系統(tǒng)的靈活性大大加強(qiáng)了。圖１是一種典型的軟件無線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 ２ 軟件無線電的模塊化分析 軟件無線電的硬件平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì),是一個(gè)開放的通信平臺(tái),與PC系統(tǒng)很相似�？梢韵胂�,基于一個(gè)相對通用的硬件平臺(tái),通過加載不同的軟件（需要時(shí)可更換插卡）來實(shí)現(xiàn)不同的硬件功能。但軟件無線電的硬件平臺(tái)比PC要求高得多,它需要寬帶射頻前端、寬帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換器和高速DSP,工作頻率高達(dá)幾至幾十MHz,信號干擾很嚴(yán)重。所以,它必須由多個(gè)CPU并行工作才能滿足系統(tǒng)處理速度的要求;其次,DSP處理數(shù)據(jù)要求高速轉(zhuǎn)換,系統(tǒng)總線必須具有極高的I/O傳輸速率。在符合要求的系統(tǒng)總線中,VME技術(shù)最成熟,通用性最好。它可提供多CPU并行處理,支持獨(dú)立的32位數(shù)據(jù)和地址總線,總線的速率達(dá)到40Mbps,基本滿足了軟件無線電要求�；赩ME總線的軟件無線電模塊包括硬件和軟件兩大部分。 其硬件模塊有： ·寬帶A/D/A變換。它將A/D變換盡可能靠近天線,至少對中頻進(jìn)行A/D變換。評價(jià)A/D變換器性能參數(shù)包括信噪比,無寄生動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）,互調(diào)失真（IMD）,采樣速率和采樣精度等。其中主要是采樣速率和精度,SNR可用下式計(jì)算：  其中B為ADC位數(shù), 為采樣頻率, 為輸入模擬信號的最高頻率。對于一個(gè)70MHz的中頻信號,若要求采樣精度達(dá)到12位,SNR等于80dB,可以算出采樣速率為558Mbps。 ·數(shù)字中頻濾波變換。由于經(jīng)過寬帶A/D變換的數(shù)據(jù)流速率常在幾十到上Mbps,對數(shù)字中頻進(jìn)行數(shù)字信號處理需很大的運(yùn)算資源和I/O帶寬,所以,通常采用數(shù)字下變頻器來完成數(shù)字濾波和變頻等 ·并行DSP處理模塊。采用4塊并行的DSP芯片完成單路、多路基帶、比特流、信源編解碼 ·控制與接口模塊。完成對射頻前端及電臺(tái)功能的控制,實(shí)現(xiàn)窄帶A/D/A變換,并提供用戶各種模擬或數(shù)字接口。 其軟件模塊包括： ·系統(tǒng)軟件包。完成系統(tǒng)的初始化、軟件功能的流向處理 ·功能軟件包。完成系統(tǒng)的通信規(guī)約、界面和實(shí)時(shí)控制 ·通信功能控制軟件包。主要是通信功能庫模塊;中斷響應(yīng)程序模塊;實(shí)時(shí)信號流控制模塊 |
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