一種實(shí)現VEM總線(xiàn)結構的軟件無(wú)線(xiàn)電方案

摘要：為了解決無(wú)線(xiàn)電通信領(lǐng)域內多體系并存、不同體系間無(wú)法制訂統一標準等問(wèn)題，在介紹了軟件無(wú)線(xiàn)電提出的背景、硬件系統結構和軟件系統結構的基礎上，采用WiMAX802．16技術(shù)給出了一種實(shí)現VEM總線(xiàn)結構的軟件無(wú)線(xiàn)電基站方案，以便滿(mǎn)足用戶(hù)在任何時(shí)間、地點(diǎn)的通信需求。研究了其對多種軟件無(wú)線(xiàn)電標準的適應性，能夠覆蓋多個(gè)頻段，能進(jìn)行軟件重構和復用。
關(guān)鍵詞：數字信號處理；軟件無(wú)線(xiàn)電；基站；VEM總線(xiàn)；WiMAX802．16

1992年5月，MMTRE公司的Joe．Mitola首次明確提出了軟件無(wú)線(xiàn)電(SDR)的概念。其中心思想是構造一個(gè)具有開(kāi)放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，使A／D和D／A轉換器盡可能靠近天線(xiàn)，將接收機的各種功能(如變頻、濾波、加密解密、擴頻和解擴等)用軟件來(lái)完成，以研制出高度靈活和開(kāi)放的無(wú)線(xiàn)電通信系統。文中主要利用該系統的核心技術(shù)，利用了高速、高精度ADC和DAC、可編程ASIC和DSP等來(lái)構造功能強大的軟硬件平臺，并通過(guò)選用和不斷開(kāi)發(fā)新的軟件模塊來(lái)滿(mǎn)足多種通信需求。提高無(wú)線(xiàn)電通信設備接收和處理信號的能力，縮短新型無(wú)線(xiàn)電通信設備的開(kāi)發(fā)周期，延長(cháng)其使用壽命。

1 器件技術(shù)簡(jiǎn)介
隨著(zhù)電路技術(shù)和器件技術(shù)的不斷發(fā)展，如寬帶高速A／D／A、寬帶大動(dòng)態(tài)接收機、高速DSP、現場(chǎng)可編程門(mén)陳列(FPGA)、高溫超導等，使軟件無(wú)線(xiàn)電的研究工作能在這些新器件的推動(dòng)下取得新的突破。
1．1 寬帶模數轉換器(ADC)
決定寬帶模／數性能的關(guān)鍵是采樣速率和位數，采樣速率由信號帶寬決定，量化位數則要滿(mǎn)足一定的動(dòng)態(tài)范圍和數字信號處理精度。A DC的分辨率越高(位數越多)，需要轉換的時(shí)間就越長(cháng)，轉換速率就越低，兩者相互制約。高速ADC的結構主要采用全并行或閃爍型ADC；而高分辨率ADC主要采用∑-△結構。軟件無(wú)線(xiàn)電中，在達到高速ADC的同時(shí)，兼顧高分辨率；同樣，在達到高分辨率的同時(shí)，也要兼顧高速。具體應用時(shí)，還要考慮功耗、功能以及與外圍其它電路的接口等。因此，在軟件無(wú)線(xiàn)電的發(fā)展初期采用的ADC為AD9042，目前則有性能更為優(yōu)越的AD6640。
1．2 數字下變頻器(DDC)
數字下變頻器(DDC)是A／D變換后首先要完成的處理工作，包括數字下變頻、濾波和二次采樣，由合成器、正交混頻器、低通濾波器和輸出格式化器組成，是整個(gè)系統數字處理運算量最大的部分。DDC的主要功能是從寬帶輸入中提取出所需的窄帶頻段，并將該窄帶頻段變換到基帶，以正交或實(shí)信號形式輸出。窄帶提取由下變頻和將有用頻帶中置到數據載波完成。即由正交正弦信號乘以輸入數據完成下變頻，同相(I)和正交(Q)處理支路都由高抽取濾波器(HDF)和FIR濾波器級聯(lián)組成，用來(lái)提取有用頻段。輸出格式化器對濾波器的輸出進(jìn)行整形，以提供各種串行數據格式。這部分的工作由專(zhuān)用可編程芯片完成，如美國Harris公司的HSP50016和HSP50214。
1．3 高速DSP
軟件無(wú)線(xiàn)電中，單片的DSP尚不能滿(mǎn)足處理速度和容量的要求，必須采用多芯片并行處理。目前已商業(yè)化的產(chǎn)品如TI公司的TMS320C40(第一代并行DSP)，AD公司的ADSP2106X為可并行擴展的超級哈佛指令計算機(SHARC)，這種芯片內四套獨立的總線(xiàn)，可完成雙向數據存取、指令存取、非指令性I／O，而且可方便地構成多片并行的處理系統。另外，90年代中后期TI公司的TMS320C6X系列，也是專(zhuān)門(mén)為并行處理而設計的。TMS320C6X系列的主要特點(diǎn)是采用了甚長(cháng)指令字(VLIW)的體系結構。該結構中，多個(gè)功能單元是并發(fā)工作的，所有的功能單元共享使用公用寄存器堆，由功能單元同時(shí)執行的各種操作是由VLIW的長(cháng)指令來(lái)同步的，把長(cháng)指令中不同字段的操作碼分別送給不同的功能單元，這種代碼壓縮是由編譯器完成的。開(kāi)發(fā)工具在提供DSP系統的性能方面也起著(zhù)重要的作用。

2 硬件體系結構
2．1 流水線(xiàn)結構
Joe．Mitola提出的理想軟件無(wú)線(xiàn)電結構如圖1所示，是一種流水線(xiàn)結構，包括天線(xiàn)、多頻段射頻、RF轉換、寬帶A／D和D／A轉換器以及DSP處理器等。理想軟件無(wú)線(xiàn)電要求將A／DD／A盡量向RF靠攏，同時(shí)，用高速DSP／CPU代替傳統的專(zhuān)用數字電路和低速DSP／CPU做A／D后的一系列處理，從而建立一個(gè)相對通用的硬件平臺，通過(guò)軟件實(shí)現不同的通信功能。