基于pc和fpga软件无线电若干关键技术的研究

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1、摘要人们对无线通信服务需求的快速增长，极大促进了无线通信技术的迅速发展。软件无线电是一种用软件来实现信号处理的无线通信系统设计方法，基于通用处理器的软件无线电以其可重配置性、扩展性、低成本和灵活性等各种优势成为未来无线通信系统的主流设计方法之一。在基于通用处理器的软件无线电系统中，通常采用可编程逻辑门阵列(FPGA)与个人电脑(PC)相结合的架构。由于目前通信系统中往往需要处理宽带、多频带、多模式信号，这就要求模数转换器(ADC)具有较高的采样率，为了克服数字信号较高采样率给后续基带处理带来的压力，具有灵活、可配置

2、功能以实现灵活的采样率变换及滤波操作的数字前端就成了本论文研究的关键技术之一；而为了把基带信号从FPGA传输到PC机进行相应处理或实现PC对FPGA的灵活在线控制，则需要在两者之间建立起高速传输通道，所以千兆以太网接口的设计是本论文研究的关键技术之二。本论文针对这两部分关键技术进行深入的研究与设计。本文首先介绍软件无线电的设计思想及课题研究项目的硬件平台，提出基于PC与FPGA软件无线电平台的两项关键技术；其次分别介绍数字前端及干兆以太网(GE)接口的原理及实现，并提出灵活可重配置的数字前端实现方案，它通过PC机的

3、软件配置及GE接口的传送来实现自身的实时在线配置，从而满足不同通信系统的不同需求：最后，通过综合考虑软件无线电架构中软硬件的资源、处理能力及接口约束，给出软硬件资源平衡设计的基本准则，并针对具体课题需求给出合理的功能模块划分实例。本文设计的宽带数字前端及千兆以太网接口均通过FPGA仿真工具(modelsim)仿真验证、并已完成上板测试，且能满足项目的实际需求。本设计主要应用于两个静止轨道卫星数字收发信机项目中，并通过对数字前端重新配置及模块选择成功应用于国家863重点项目“高频段(6．15G)无线通信示范系统"的集

4、成和开发中。关键词：软件无线电；数字前端；千兆以太网；个人电脑：FPGAAbstractPeople’Srapidgrowthdemandforwirelesscommunicationserviceshasgreatlycontributedtotherapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnologies．Softwaredefinedradio(SDR)isatypeofdesignmethodtoimplementsignalprocessingbysoftwa

5、reforwirelesscommunicationsystems．Duetotheadvantagesofitsre-configurability,scalability,lowcostandflexibility,General-purposeprocessor(GPP)-basedSDRhasbecameoneofthedesignmainstreamoffuturewirelesscommunicationsystemsInGPP-basedSDRsystems，themajorcomponentsgen

6、erallyincludepersonalcomputer(PC)andFieldProgrammableGateArray(FPGA)．Inordertoprocesswideband，multi-bandandmulti-modesignals，thesamplingrateofanalog-digigtalconvertor(aDC)needstobesettoveryhighfrequency,forthesakeofovercomingthedifficultiesofthebasebandprocess

7、ing，theFPGA-baseddigitalfront-endrequiresflexible，re—configurablecapabilitiestoadaptsamplingratesandfilters,whichbuildsupthefirstkeytechniqueinvestigatedinthisthesis．InordertotransferbasebandsignalsfromPCtoFPGA，orfeedbackcontrolsignalsfromPCtoFGPAforon-linecon

8、figuration，thehigh-speedtransmissionchannelbetweenFPGAandPCshouldbeestablished．TheGigabitEthernet(GE)interfaceischosenasthischannel，whichisthesecondkeytechniqueinthisthesis．Firstly