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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。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。本文的軟件無線電平臺也采用了這一結構。隨著無線通信系統的發展都在朝著高速率、可移動性方向發展,因此本平臺的設計也必然要適應寬帶無線通信系統的要求。平臺結構平臺主要針對系統物理層中的中頻和基帶處理單元而設計。系統的結構如圖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編解碼協處理器(VCP)和Turbo碼編解碼協處理器(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,兼顧了系統的通用性和 復雜度,ASIC的應用減少了系統配制時的軟件設計復雜度。

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