摘要：介紹了軟件無(wú)線電的思想和結(jié)構(gòu)，提出了一種實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電試驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案，隨后對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了分析。整個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)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(hào)；也可以接收各種中頻信號(hào)，并變頻成基帶信號(hào)。另外，它利用通用微機(jī)完成形式多樣的基帶信號(hào)處理，使得整個(gè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大。    

     關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線電

     數(shù)字上變頻 數(shù)字下變頻 PCI總線

     軟件無(wú)線電技術(shù)是的幾年發(fā)展的新技術(shù)，是繼無(wú)線電通訊從模擬到數(shù)字，從固定到移動(dòng)的第三次革命。當(dāng)初，是由于解決軍事通訊中的不同體制、不同標(biāo)準(zhǔn)之間的兼容性而提出來(lái)的一種技術(shù)要求。但是，近幾年來(lái)，由于第三代移動(dòng)通訊標(biāo)準(zhǔn)UMTS（Universal

     Mobile Telecommunications Systems）的提出，這要求地持多媒體的信息傳輸，如語(yǔ)音、圖像、傳真、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。這就要求它支持寬帶的移動(dòng)多媒體服務(wù)。只有利用軟件無(wú)線電技術(shù)才能如此復(fù)雜地傳輸數(shù)據(jù)，這為軟件無(wú)線電提供了更為廣闊的應(yīng)用前景。軟件無(wú)線電的基本概念是利用通用的硬件作為無(wú)線通信的平臺(tái)，而把盡可能多的個(gè)人通信功能和服務(wù)采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。它的優(yōu)質(zhì)主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：（1）系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)通用，功能實(shí)現(xiàn)靈活；（2）系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)方便；（3）不同通信系統(tǒng)之間可以進(jìn)行通信；（4）肯有良好的復(fù)用性。

     軟件無(wú)線電的基本概念是把硬件作為無(wú)線電的基本平臺(tái)，而把盡可能多的列線電及個(gè)人通信功能用軟件實(shí)現(xiàn)。這樣無(wú)線通信新系統(tǒng)，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)將逐步轉(zhuǎn)移到軟件上，軟件無(wú)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(shí)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(wú)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(hào)處理功能。在本文中討論的軟件無(wú)線電試驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)是基于圖2所示的結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行設(shè)計(jì)的，對(duì)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(bǔ)目前DSP運(yùn)算速度不能滿足軟件無(wú)線電要求的缺陷。

     1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

     我們?cè)O(shè)計(jì)和軟件無(wú)線電試驗(yàn)平臺(tái)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(gè)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(hào)，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(hào)（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(hào)（如AM、FM、MPSK、MFSSK、QAM等），要求調(diào)制信號(hào)的載頻在20MHz以下，模擬調(diào)制信號(hào)的基帶帶寬不超過(guò)500kHz。數(shù)字調(diào)制信號(hào)的碼元速率不超過(guò)16kSPS。整個(gè)系統(tǒng)由一片CPLD芯片進(jìn)行控制，由引可以簡(jiǎn)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(jì)中，我們并沒(méi)有采肜傳統(tǒng)的方法利用DSP進(jìn)行基帶信號(hào)處理，而是利用通用微機(jī)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行處理，并采用PCI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主要基于以下兩個(gè)原因：一則當(dāng)前通用計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速，如基于奔騰Ⅲ的通用計(jì)算機(jī)的綜合處理性能接近甚至超過(guò)第三代的DSP處理芯片（如IT公司的YSM320C50系列），利用和微機(jī)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)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(dá)132MB／s），而我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)基帶信號(hào)輸速率是在1000kSPS以下，所以利用PCI總線來(lái)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)化為模擬中頻信號(hào)；高速和A／D器件將中頻的調(diào)制信號(hào)數(shù)字化后傳輸給HSP50214B，下變頻得到的基帶信號(hào)經(jīng)FIFO緩存，由S5933經(jīng)PCI總線傳給計(jì)算機(jī)處理。

     2 各個(gè)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(qiáng)、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(jiǎn)單而功能強(qiáng)大的開(kāi)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(huì)PCI總線的繁瑣規(guī)范，只需對(duì)Addon接口進(jìn)行PCI擴(kuò)展板的設(shè)計(jì)。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(hào)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(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳輸。PASSTHUR方式使得主機(jī)以訪問(wèn)內(nèi)存的方式訪問(wèn)Addon接口的擴(kuò)展空間。FIFO方式可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在PCI總線上進(jìn)行DMA傳輸。此我們利用PASSTHRU方式實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)展板和可編程芯片的控制字和濾器系數(shù)的訪問(wèn)，使得此試驗(yàn)平臺(tái)可以工作在不同的方式中。利用FIFO方式實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)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(duì)數(shù)字化中頻信號(hào)進(jìn)行下變頻、抽取濾波、窄帶低通濾波、增益控制、重采樣、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)處理，輸出的基帶信號(hào)可以由一般的DSP或通用微機(jī)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(hào)的速率可達(dá)65MSPS，輸出的基帶信號(hào)和速率可達(dá)12.94MSPS，帶寬可達(dá)982kHz。它是的一個(gè)重要特必是可以通過(guò)改變內(nèi)部寄存器的值從而改整個(gè)芯片的工作方工和狀態(tài)，我們可以通過(guò)軟件改變解調(diào)的方式、中頻信號(hào)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(gè)（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(jì)器件，它與HSP50215一起完成PSK信號(hào)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(dá)3.23MSPS，而經(jīng)它上變頻調(diào)制的信號(hào)的輸出率呆達(dá)52MSPS，輸出的中頻載波頻率在10－20MHz之間。它是一個(gè)重要特性是可以通過(guò)改變內(nèi)部寄存器的值從而改變整個(gè)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(hào)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(gè)（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(gè)系統(tǒng)的所有控制邏輯由一片CPLD器件（Altera公司的的EPM7192）承擔(dān)，其控制對(duì)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(wù)：設(shè)置HSP50215內(nèi)部寄存器；實(shí)現(xiàn)基帶數(shù)據(jù)主機(jī)內(nèi)存與HSP50215輸入通道之間的傳輸以及實(shí)現(xiàn)基帶數(shù)據(jù)主機(jī)內(nèi)存與HSP50214B輸入通道之間的傳輸。對(duì)于下變模塊，由于解調(diào)的過(guò)程存在相位和載波同步的問(wèn)題（由HSP50210完成），所以在系統(tǒng)的工作過(guò)程中要在線改變HSP50214B內(nèi)部寄存器，設(shè)計(jì)控制邏輯中要著重考慮。對(duì)于變頻模塊，由于調(diào)制過(guò)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(dòng)基帶數(shù)據(jù)傳輸后不需要更改HSP50215控制參數(shù)。因此寫(xiě)HSP50215控制字與基帶數(shù)據(jù)傳輸是兩個(gè)相互獨(dú)立的控制邏輯，這使得設(shè)計(jì)過(guò)程比較清晰。