随着无线通信的发展,出现了多种模式的通信体制,为了满足互通性的问题,软件无线电的思想被提出来。所谓软件无线电,其中心思想是:构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台,将通信的各种功能通过软件来完成,并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线,以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。由于软件无线电可以通过增加软件模块来增加新的功能,而且硬件也可以随着器件的发展而不断地升级,所以这一概念一经提出就受到了广泛的关注。
OFDM(orthogonal frequency division multiplexing,正交频分复用)是一种具有多种优点的传输系统,目前已经有很多应用,而且随着第四代(4G)无线通信系统的研究进入实质性阶段,OFDM极有可能成为4G中的传输方案。本文在此背景下,设计了一种基于软件无线电的平台,并在此平台上实现了OFDM传输系统,
系统结构设计
目前受器件的限制,软件无线电一般都采用中频采样的结构,这样做既兼顾了软件无线电的思想,又能在目前的器件水平下搭建实际可应用的系统。本文的软件无线电平台也采用了这一结构。随着无线通信系统的发展都在朝着高速率、可移动性方向发展,因此本平台的设计也必然要适应宽带无线通信系统的要求。
平台结构
平台主要针对系统物理层中的中频和基带处理单元而设计。系统的结构如图1所示。平台由一个DSP(TMS320C6414T)、两片FPGA(Cyclone EP1C6Q240C8)、上变频芯片DUC(AD9857)、下变频芯片DDC(HSP50214B)等构成
根据信号处理模块和各芯片数据处理的特点,我们将各通信模块分配到不同的器件中来完成。DSP的主频很高,而且内部资源丰富,支持高级语言的编程,适合于串行的算法,用来完成协议和基带处理;FPGA配置灵活多变,虽然主频不太高,但是鉴于其并行处理能力突出,用于完成时钟分配、芯片设置、接口转换等;AD9857和HSP50214B是用于上下变频的ASIC,集成程度高,参数设置灵活,可以满足多模式的数字上下变频,数据速率变换和滤波。下面简要介绍一下平台上器件的性能。
器件介绍
● DSP
平台选用的DSP芯片是TI公司的TMS320C6416T芯片。该处理器属于32位定点处理器,主频1GHz,内部集成丰富的外设和接口。在指令结构上,扩展了寻址指令、位域指令、打包解包、控制转移等指令,增强了芯片的处理能力。在计算2048点的复数FFT运算时,可以在大约26 000个时钟周期内完成。
6416T主要包含的模块有:1)两个通用寄存器组,64个32位通用寄存器;2)8个功能单元,6个ALU(32/40b),两个乘法器(16×16);3)一共8.256Mb的两级缓存内部存储;此外,还有图1中没有列出的Viterbi编解码协处理器(VCP)和Turbo码编解码协处理器(TCP)。VCP支持500路7.95Kb/s AMR,TCP可以处理6路2Mb/s 3GPP。
接口方面包括:1)多通道EDMA控制器;2)多通道缓冲串口(MCBSP);3)高性能外部存储器接口(EMIF);4)可访问DSP的整个存储空间的主机口(HPI);这里不在一一列举。
● 上变频芯片AD9857
AD9857是一款高性能的数字上变频器,**高时钟为200MHz,根据外时钟的范围,可以选择0~80MHz的任意中频输出;芯片还具有两级内插功能,可以实现4倍固定内插和2~64倍可选内插倍数,便于多数据速率变换;14b的DAC。
● A/D变换器AD9051
ADC选用ADI公司的AD9051,**高采样速率达到60MSPS,10b输出,对于中心频率较低的中频信号可以进行直接采样,中频值较高的则运用带通采样方式。
●下变频芯片HSP50214B
HSP50214B是专用数字下变频芯片中综合性能**的,除数字下变频外还具有**高255阶可编程FIR滤波器,0~96dB动态范围的AGC自动增益控制,数据速率变换包括4~32倍CIC抽取和5级HB抽取,以及FIR1-16倍抽取,坐标转换,鉴频等功能,而且具有四种输出形式,接口灵活。
● FPGA
由于平台上的中频处理由ASIC完成,所以FPGA选用了CycloneⅡ EP1C6Q240C8,这是一款低端的FPGA芯片,逻辑单元只有6000门,主要用来完成时钟分配,接口转换,ASIC控制字配置,以及作为DSP的协处理器的补充。
该平台较好的整合了DSP、ASIC和FPGA,兼顾了系统的通用性和复杂度,ASIC的应用减少了系统配制时的软件设计复杂度。
OFDM收发信机的实现
OFDM技术是当前的热门技术之一,与传统的传输技术相比,OFDM具有:1)降低了子载波的数据速率,减小了无线信道引起的ISI,有效的降低了多径干扰;2)采用若干相互正交的子载波,频谱有重叠,**限度地提高频谱效率;3)采用IFFT和FFT进行调制和解调,硬件实现简单;所以,尽管存在峰均比较高以及对频偏敏感等问题,OFDM仍然不失为一种性能优良的传输方式。目前采用了OFDM的标准主要有数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、欧洲无线局域网Magic WAND、802.11、非对称数字用户线(ADSL)等。为此,我们在本平台上实现了OFDM的收发信机。
本OFDM系统采用了如下的基带和中频结构,如图2所示。图2中,音频编码采用了G.729标准,加扰采用了9位的反馈移位寄存器产生的伪随机序列,压扩部分为μ律压扩变换,其中μ=3。另外,系统子载波个数为2048,载波间隔1kHz,中频40.96MHz。图中的结构几乎包括了所有OFDM系统应有的处理单元,具有一定的代表性,在此基础上经过必要的参数修改,可以演变出绝大多数标准的系统。为了便于接收端的同步处理,在帧结构上采用了类似DAB的结构,每帧76个符号,其中**个符号为空符号,第二个符号为固定的相位参考符号。
所以,选用开关柜设备的时候,不能盲目相信制造厂的试验室数据,在日常运行维护管理中,也不能盲目套用试验室的数据标准。实践经验,往往也是非常重要的。只有重视实践,并不断针对实际情况,分析解决问题,才能真正把对设备的安全运行管理工作做到实处。
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3COM Super Stack 3 3870 48-Port Gigabit Ethernet Stackable Switch 3CR17451-91
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Nortel Bay Networks CV1001004 Dual-Port BayStack Advanced Remote Node Router
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Netscreen NS-204 4-Port ** Network Firewall 10/100
Aperto PacketMax PM5000-MSCC Main System Controller WiMAX Management Card #2
Aperto Packetwave BSR PWSR5800-US 5.8GHz Base Station Radio WiMAX Unit 20000206
Cisco IAD2432-24FXS-V?02 Integrated Access Device VoIP Router IAD 2400 2430 2432
HP J4121A ProCurve Managed Network Switch 4000M 1x J4112A 5x J4111A 1x J4119A
Aperto Networks PacketMax 400 PM400-25 Outdoor Gateway WiMAX Subscriber Antenna
Aperto Networks PacketMax PM-BSR-33X Base Station Radio WiMAX Antenna 3.3GHz
Best FER3.1KVA 3.10kVA 2.20kW 1PH 6U Ferrups UPS Uninterrupted Power Supply
Extreme Networks Alpine 3808 Switch Chassis 6x 45210 2x 45012 1x 45014 1x 45112
EMC EMC2 Clariion CX300 CX700 002056498-A02 005-47776 Front Bezel Faceplate
Aperto PacketMax 100 PM100-35 Wireless Subscriber Broadband WiMAX Antenna
(2) Cisco uBR904 Series 4-Port Ethernet Cable Access Router DOCSIS Modem uBR900
Cisco CE 510 Celeron 1.7GHz/512MB RAM/40GB HDD/CD-ROM Server Rack Mount 1U
Aperto PacketWave 200 230-35 Wireless Integrated Subscriber Unit CPE 3.5GHz
HP J4110A ProCurve Network Switch 8000M 4x J4111A 2x J4113A 1x J4112A 1x J4119A
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F5 Networks 3-DNS D30 PIII 850MHz/500MB RAM/15GB HDD Load Balancer Controller 2U
Cisco SPA-OC192POS-XF?P Shared 1-Port Adapter OC-192/STM-64 SONET Module
Brocade Foundry FastIron GS 648P 48-Port Gigabit Ethernet Network Switch #2
NetScaler RS9950 4GB/36GB Multi-Port 2U MGMT Application Delivery Network Switch
EMC EMC2 Clariion 3U Rack Mount Rails Kit 100-560-184 2JA61-017 CX3/CX4
CipherOptics Data Protection SG1001 410-002-001 Security Gateway
Aperto PacketMax PM5000-MSCC Main System Controller WiMAX Management Card #4
Aperto PacketMax 100 PM100-33-N Wireless Subscriber Broadband Antenna WiMAX
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Aperto PacketWave 200 210-35 Wireless Integrated Subscriber Unit CPE 3.5GHz
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