基于FPGA的軟件無線電平臺(tái)設(shè)計(jì)

0 引 言

軟件無線電的出現(xiàn)，是無線電通信從模擬到數(shù)字、從固定到移動(dòng)后，由硬件到軟件的第三次變革。簡(jiǎn)單地說，軟件無線電就是一種基于通用硬件平臺(tái)，并通過軟件可提供多種服務(wù)的、適應(yīng)多種標(biāo)準(zhǔn)的、多頻帶多模式的、可重構(gòu)可編程的無線電系統(tǒng)。軟件無線電的關(guān)鍵思想是，將AD（DA）盡可能靠近天線和用軟件來完成盡可能多的無線電功能[1~2]。

蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到第三代，3G系統(tǒng)進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行一方面需要解決不同標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)間的兼容性；另一方面要求系統(tǒng)具有高度的靈活性和擴(kuò)展升級(jí)能力，軟件無線電技術(shù)無疑是最好的解決方案。用ASIC（Application Specific Intergrated CIRcuits）和DSP（Digital Singnal Processor）芯片搭建軟件無線電平臺(tái)是目前系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要方法[3~5]，這種方法有兩個(gè)突出缺點(diǎn)：一是系統(tǒng)速度跟不上高速動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理，二是系統(tǒng)體積大功耗高。這兩個(gè)突出缺點(diǎn)制約了軟件無線電在高速實(shí)時(shí)通信領(lǐng)域的應(yīng)用前景。本文運(yùn)用目前基于FPGA（Field Programmable Gate Array）的SoPC (System on Programmable Chip)技術(shù)構(gòu)建軟件無線電平臺(tái)。大大提高了數(shù)字信號(hào)處理的能力和速度，并且降低了系統(tǒng)功耗，縮小了系統(tǒng)體積，為更高層次的3G無線通信要求提供了解決方案。

1 無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件無線電使得無線電具有更多的個(gè)性化特點(diǎn)，它以軟件方式定義多個(gè)頻段及多種調(diào)制波形接口。軟件無線電系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)射和接收兩部分，本文重點(diǎn)以接收流程進(jìn)行論述。軟件無線電的RF（Radio Frequency）部分是一個(gè)多波束天線陣，可同時(shí)接收多個(gè)頻段、多個(gè)方向的射頻信號(hào)，并將射頻轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)[6~9]。如圖1所示，系統(tǒng)中包括Virtex-4 FX系列FPGA，模擬信號(hào)輸入端口，同步觸發(fā)端口，外接時(shí)鐘源，F(xiàn)lash（加載FPGA配置程序），CPLD，SDRAM，PCI接口，LED信號(hào)燈等部分。