软件无线电中DSP应用模式的分析
发布时间:2007/8/24 0:00:00 访问次数:549
摘 要: 软件无线电是未来移动通信的一个重要研究方向。系统地介绍了软件无线电的特点及其体系结构,并结合DSP芯片TMS320C541分析了它的一种应用模式。
关键词: 软件无线电 数字信号处理器(DSP)VME(Virtual Machine Environment)总线
软件无线电是基于同一硬件平台上,安装不同的软件来灵活实现多通信功能多频段的无线电台,它可进一步扩展至有线领域。其主要特点如下:
·系统功能软件化:软件无线电将A/D变换尽量向射频端靠拢,将中频以下全部进行数字化处理,以使通信功能由软件来控制,系统的更新换代变成软件版本的升级,开发周期与费用大为降低。
·系统结构实现模块化:采用模块化设计,模块的物理和电气接口技术指标符合开放标准。同类模块通用性好,通过更换或升级某模块就可实现新的通信功能。
·利于互换:不同的通信系统都基于相同标准的硬件平台,只要加载相应的软件就可完成不同的电台与不同系统之间的互联。
·系统监控方便:由于软件无线电至少在中频以后进行数字化处理,通过软件就可很方便地完成宽带天线监控、系统频带调整、信道监测与自适应选择、信号波形在线编程、调制解调方式控制及信源编码与加密处理。
软件无线电通信随着DSP技术的发展和应用的成熟,特别是低功耗DSP芯片的出现,使软件无线电的应用研究成为热点。国外软件无线电的发展较早,美国ARPA早已提出了其相关的计划作为美陆海空的共用通信系统,其中多频段多模式电台(MBMMR)是该计划的主要组成部分。国内也有一些相应产品出现,但都采用浮点DSP芯片TMS320C40来实现高速数据交换与处理。而’C40功耗较大,目前应用还需改进与完善。本文就软件无线电的体系结构以DSP芯片TMS320C541构成模式为基础对其作一分析和探讨。
1 软件无线电的体系结构
软件无线电具有系统结构通用、功能实现软件化和互操作性好等一系列优点。其体系结构由电源、天线、多带射频转换器和A/D/A变换器与DSP组成。与用户端相连的是窄带话音传真A/D与D/A变换器,完成信源编解码功能。与此不同,基站在信源端直接与PSTN相连,完成接入和远端信源编码,也包括接口之间的协议处理。
在软件无线电体系结构中,宽带A/D/A转换器的位置尽可能地靠近天线端,对整个频带系统进行采样,即从中频(甚至射频)开始就进行数字化处理。软件无线电的关键步聚是以可编程能力强的DSP来代替专用的数字电路,使系统硬件结构与功能相对独立。这样就可基于一相对通用的硬件平台,通过软件实现不同的通信功能,并可对工作频率、系统频宽、调制方式和信源编码等进行编程控制,系统的灵活性大大加强了。图1是一种典型的软件无线电系统结构。
2 软件无线电的模块化分析
软件无线电的硬件平台采用模块化设计,是一个开放的通信平台,与PC系统很相似。可以想象,基于一个相对通用的硬件平台,通过加载不同的软件(需要时可更换插卡)来实现不同的硬件功能。但软件无线电的硬件平台比PC要求高得多,它需要宽带射频前端、宽带A/D、D/A转换器和高速DSP,工作频率高达几至几十MHz,信号干扰很严重。所以,它必须由多个CPU并行工作才能满足系统处理速度的要求;其次,DSP处理数据要求高速转换,系统总线必须具有极高的I/O传输速率。在符合要求的系统总线中,VME技术最成熟,通用性最好。它可提供多CPU并行处理,支持独立的32位数据和地址总线,总线的速率达到40Mbps,基本满足了软件无线电要求。基于VME总线的软件无线电模块包括硬件和软件两大部分。
其硬件模块有:
·宽带A/D/A变换。它将A/D变换尽可能靠近天线,至少对中频进行A/D变换。评价A/D变换器性能参数包括信噪比,无寄生动态范围(SFDR),互调失真(IMD),采样速率和采样精度等。其中主要是
摘 要: 软件无线电是未来移动通信的一个重要研究方向。系统地介绍了软件无线电的特点及其体系结构,并结合DSP芯片TMS320C541分析了它的一种应用模式。
关键词: 软件无线电 数字信号处理器(DSP)VME(Virtual Machine Environment)总线
软件无线电是基于同一硬件平台上,安装不同的软件来灵活实现多通信功能多频段的无线电台,它可进一步扩展至有线领域。其主要特点如下:
·系统功能软件化:软件无线电将A/D变换尽量向射频端靠拢,将中频以下全部进行数字化处理,以使通信功能由软件来控制,系统的更新换代变成软件版本的升级,开发周期与费用大为降低。
·系统结构实现模块化:采用模块化设计,模块的物理和电气接口技术指标符合开放标准。同类模块通用性好,通过更换或升级某模块就可实现新的通信功能。
·利于互换:不同的通信系统都基于相同标准的硬件平台,只要加载相应的软件就可完成不同的电台与不同系统之间的互联。
·系统监控方便:由于软件无线电至少在中频以后进行数字化处理,通过软件就可很方便地完成宽带天线监控、系统频带调整、信道监测与自适应选择、信号波形在线编程、调制解调方式控制及信源编码与加密处理。
软件无线电通信随着DSP技术的发展和应用的成熟,特别是低功耗DSP芯片的出现,使软件无线电的应用研究成为热点。国外软件无线电的发展较早,美国ARPA早已提出了其相关的计划作为美陆海空的共用通信系统,其中多频段多模式电台(MBMMR)是该计划的主要组成部分。国内也有一些相应产品出现,但都采用浮点DSP芯片TMS320C40来实现高速数据交换与处理。而’C40功耗较大,目前应用还需改进与完善。本文就软件无线电的体系结构以DSP芯片TMS320C541构成模式为基础对其作一分析和探讨。
1 软件无线电的体系结构
软件无线电具有系统结构通用、功能实现软件化和互操作性好等一系列优点。其体系结构由电源、天线、多带射频转换器和A/D/A变换器与DSP组成。与用户端相连的是窄带话音传真A/D与D/A变换器,完成信源编解码功能。与此不同,基站在信源端直接与PSTN相连,完成接入和远端信源编码,也包括接口之间的协议处理。
在软件无线电体系结构中,宽带A/D/A转换器的位置尽可能地靠近天线端,对整个频带系统进行采样,即从中频(甚至射频)开始就进行数字化处理。软件无线电的关键步聚是以可编程能力强的DSP来代替专用的数字电路,使系统硬件结构与功能相对独立。这样就可基于一相对通用的硬件平台,通过软件实现不同的通信功能,并可对工作频率、系统频宽、调制方式和信源编码等进行编程控制,系统的灵活性大大加强了。图1是一种典型的软件无线电系统结构。
2 软件无线电的模块化分析
软件无线电的硬件平台采用模块化设计,是一个开放的通信平台,与PC系统很相似。可以想象,基于一个相对通用的硬件平台,通过加载不同的软件(需要时可更换插卡)来实现不同的硬件功能。但软件无线电的硬件平台比PC要求高得多,它需要宽带射频前端、宽带A/D、D/A转换器和高速DSP,工作频率高达几至几十MHz,信号干扰很严重。所以,它必须由多个CPU并行工作才能满足系统处理速度的要求;其次,DSP处理数据要求高速转换,系统总线必须具有极高的I/O传输速率。在符合要求的系统总线中,VME技术最成熟,通用性最好。它可提供多CPU并行处理,支持独立的32位数据和地址总线,总线的速率达到40Mbps,基本满足了软件无线电要求。基于VME总线的软件无线电模块包括硬件和软件两大部分。
其硬件模块有:
·宽带A/D/A变换。它将A/D变换尽可能靠近天线,至少对中频进行A/D变换。评价A/D变换器性能参数包括信噪比,无寄生动态范围(SFDR),互调失真(IMD),采样速率和采样精度等。其中主要是