基于FPGA+DSP的软件无线电通用平台设计

　　引言

　　软件无线电是具有可重配置硬件平台的无线设备，可以跨多种通信标准，其基本思想是以开放性、可扩展、结构最简的硬件为通用平台，把尽可能多的通信功能用可升级、可替换的软件来实现。因为更低的成本、更大的灵活性和更高的性能，已迅速成为军事、公共安全和商用无线领域的事实标准。软件无线电能够对多种波形进行基带处理和数字中频处理，而数字中频处理能够将数字信号处理的领域从基带扩展到射频。同时，支持基带和中频处理的能力又增加了系统的灵活性，也减小了制造成本。

　　目前用于数字信号处理的器件有三种：ASIC，FPGA，DSP。ASIC即专用集成电路，它的优点是速度高、体积小以及低功耗，缺点在于可编程能力较弱。

　　FPGA具备现场可编程能力，速度高，适合处理顺序逻辑，功耗较低;缺点在于处理复杂算法时程序设计难度大。DSP也具备可编程能力，其特殊的硬件结构非常适合数字信号处理算法，且程序设计相对于FPGA要容易;缺点在于功耗高，速度较低，也不适合比特流的顺序处理。基于对运算能力和可编程能力的考虑，选择DSP+FPGA结构。FPGA实现大计算量的信号处理数据通道和控制，让系统延迟最小，而DSP处理器则完成基带处理的算法实现，以实现从一种标准切换至另一种标准。DSP处理器能够动态地在软件的主要部分间切换，而FPGA能够根据需要完全重新配置，实现特定标准的数据通道。

　　本文介绍了一种基于DSP+FPGA 的数字中频处理通用平台，以对软件无线电的设计提供一种灵活的架构，在这个平台之上利用数字上变频器和下变频器以实现软件无线电中频信号的接收与发射功能，利用FPGA的容量大、可编程实现很多功能，并结合DSP具有高速的信息处理能力的特点，可以灵活方便地对数据进行处理，使得整个平台结构灵活，通用性强，易于扩展。

　　本平台较其他类似平台的优点在于：

　　(1)将DSP，FPGA，A/D，D/A，DUC，DDc集成在一块板卡上，集成度高，体积小，功耗小，也减少了数据在多块板卡间传输可能引起的损坏;(2)DUC和DDC采用硬件电路，避免应用软件实现难度大的困难，降低开发难度，缩短开发周期。

　　1 、数字中频处理通用平台设计方案

　　数字中频处理平台为6U CPCI结构，主要由A/D转换及DDC模块、D/A+DUC转换模块、DSP信号处理模块、PCI总线接口、FPGA高速数字传输、存储器等几部分组成。总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

　　DSP信号处理模块主要用于针对TI的DSP相关的技术开发、应用和仿真，板上集成了两片TMS320C6713浮点DSP芯片，因而可极大地满足通信、雷达、数字电视等高科技领域对信号处理实时性的要求。FPGA采用的是Virtex一4系列的SX35，通过编程可完成使用者想要实现的功能。FPGA 间可通过LVDS总线交换数据，此总线工作速率可满足实时性的要求。在数字下变频和上变频侧，各有一组FPGA和DSP构成数据处理单元，在此单元中它们共用外部存储器，以实现数据的交换、处理与存储。在每组的FPGA和DSP中都有自定义方式的外引线接到接插件，以方便扩展功能。在本系统中，系统可以对外部无线电信号进行采集与处理，也可以把数据从PC机传送到系统中，由系统处理后从D/A通道发送出去。因为FPGA和DSP具有系统随时更新程序的功能，所以在对无线电信号的处理上具有很强的灵活性。