基于DSP+FPGA的軟件無(wú)線電平臺(tái)的設(shè)計(jì)（1）
軟件無(wú)線電的中心思想
構(gòu)造一個(gè)具有開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái)，將通信的各種功能通過(guò)軟件來(lái)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(kāi)放性的新一代無(wú)線通信系統(tǒng)。由于軟件無(wú)線電可以通過(guò)增加軟件模塊來(lái)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(jí)，所以這一概念一經(jīng)提出就受到了廣泛的關(guān)注。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
目前受器件的限制，軟件無(wú)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(wú)線電的思想，又能在目前的器件水平下搭建實(shí)際可應(yīng)用的系統(tǒng)。本文的軟件無(wú)線電平臺(tái)也采用了這一結(jié)構(gòu)。隨著無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展都在朝著高速率、可移動(dòng)性方向發(fā)展，因此本平臺(tái)的設(shè)計(jì)也必然要適應(yīng)寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的要求。
平臺(tái)結(jié)構(gòu)
平臺(tái)主要針對(duì)系統(tǒng)物理層中的中頻和基帶處理單元而設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。平臺(tái)由一個(gè)DSP（TMS320C6414T）、兩片FPGA（Cyclone EP1C6Q240C8）、上變頻芯片DUC（AD9857）、下變頻芯片DDC（HSP50214B）等構(gòu)成。
圖1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖
根據(jù)信號(hào)處理模塊和各芯片數(shù)據(jù)處理的特點(diǎn)，我們將各通信模塊分配到不同的器件中來(lái)完成。DSP的主頻很高，而且內(nèi)部資源豐富，支持高級(jí)語(yǔ)言的編程，適合于串行的算法，用來(lái)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(shí)鐘分配、芯片設(shè)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(shè)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(jiǎn)要介紹一下平臺(tái)上器件的性能。
器件介紹
DSP
平臺(tái)選用的DSP芯片是TI公司的TMS320C6416T芯片。該處理器屬于32位定點(diǎn)處理器，主頻1GHz，內(nèi)部集成豐富的外設(shè)和接口。在指令結(jié)構(gòu)上，擴(kuò)展了尋址指令、位域指令、打包解包、控制轉(zhuǎn)移等指令，增強(qiáng)了芯片的處理能力。在計(jì)算2048點(diǎn)的復(fù)數(shù)FFT運(yùn)算時(shí)，可以在大約26 000個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成。
6416T主要包含的模塊有：1）兩個(gè)通用寄存器組，64個(gè)32位通用寄存器；2）8個(gè)功能單元，6個(gè)ALU（32/40b），兩個(gè)乘法器（16×16）；3）一共8.256Mb的兩級(jí)緩存內(nèi)部存儲(chǔ)；此外，還有圖1中沒(méi)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(chǔ)器接口（EMIF）；
4）可訪問(wèn)DSP的整個(gè)存儲(chǔ)空間的主機(jī)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，***時(shí)鐘為200MHz，根據(jù)外時(shí)鐘的范圍，可以選擇0～80MHz的任意中頻輸出；芯片還具有兩級(jí)內(nèi)插功能，可以實(shí)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，***采樣速率達(dá)到60MSPS，10b輸出，對(duì)于中心頻率較低的中頻信號(hào)可以進(jìn)行直接采樣，中頻值較高的則運(yùn)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***的，除數(shù)字下變頻外還具有***255階可編程FIR濾波器，0～96dB動(dòng)態(tài)范圍的 AGC自動(dòng)增益控制，數(shù)據(jù)速率變換包括4～32倍CIC抽取和5級(jí)HB抽取，以及FIR1-16倍抽取，坐標(biāo)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(tái)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(mén)，主要用來(lái)完成時(shí)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(bǔ)充。
軟件無(wú)線電平臺(tái)較好的整合了DSP、ASIC和FPGA，兼顧了系統(tǒng)的通用性和復(fù)雜度，ASIC的應(yīng)用減少了系統(tǒng)配制時(shí)的軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜度。更多有關(guān)軟件無(wú)線電平臺(tái)設(shè)計(jì)的內(nèi)容請(qǐng)讀者閱讀：
基于DSP+FPGA的軟件無(wú)線電平臺(tái)的設(shè)計(jì)（2）
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