基于OFDM的軟件無線電平臺設計

王莉君 李萍 徐艷

上世紀90年代發(fā)展起來的軟件無線電，其重要價值在于：傳統(tǒng)的硬件無線電通信設備只是作為無線通信的基本平臺，而許多的通信功能則是由是通過構(gòu)造一個通用的、可復制編程平臺，使其工作頻段、調(diào)制解調(diào)方式、業(yè)務種類、數(shù)據(jù)速率與格式，控制協(xié)議等都可以進行重構(gòu)和控制，選用不同的軟件模塊就可以實現(xiàn)不同類型和功能的無線電臺，打破了有史以來設備的通信功能的實現(xiàn)僅僅依賴于硬件發(fā)展的格局。本文介紹了一種基于OFDM的軟件無線電平臺的設計，重點介紹了基帶收發(fā)處理模塊的設計與實現(xiàn)方案。

一、總體設計方案

基于OFDM的軟件無線電硬件平臺由基帶收發(fā)處理模塊、模擬電路模塊、面板接口模塊、電源模塊構(gòu)成。

（1）面板接口模塊主要完成通信系統(tǒng)基帶收發(fā)處理模塊與面板之間的信號接口，面板上的信號通過面板接口模塊連至基帶收發(fā)處理模塊，面板接口模板硬件上是緊貼在機箱面板的前接口板。

（2）基帶收發(fā)處理模塊是整個系統(tǒng)硬件平臺的控制核心和基帶收發(fā)處理通道，其任務包括信道編譯碼、交織與去交織、組幀與拆幀、調(diào)制與解調(diào)、信號采集、同步與定時跟蹤等功能，同時還控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。

（3）模擬電路模塊主要完成系統(tǒng)基帶信號與模擬中頻的接口電路。模擬中頻接口電路主要包含放大電路、混頻電路、濾波電路等，主要完成以下功能：發(fā)送時完成放大功能，頻合輸出的模擬信號經(jīng)模擬中頻接口電路放大后送至RF模塊；接收時將射頻模塊送來的中頻信號與頻合輸出的本振信號混頻，經(jīng)過低通濾波后送至基帶收發(fā)處理模塊。

（4）RF模塊：在發(fā)送時，RF模塊主要完成混頻、濾波、功率放大后變換到射頻發(fā)送出去；在接收狀態(tài)，RF模塊主要完成低噪聲放大，高靈敏度接收并將射頻信號變換到中頻送到模擬電路模塊。

（5）電源模塊是一個比較獨立的部分，主要為各個插板提供模擬電源與數(shù)字電源。

二、基帶收發(fā)處理模塊設計

基帶收發(fā)處理模塊是整個系統(tǒng)硬件平臺的控制核心和基帶收發(fā)處理通道，為了便于系統(tǒng)改進與調(diào)試，系統(tǒng)基帶的硬件平臺設計基于軟件無線電的設計思想。該系統(tǒng)可以很方便地通過算法改進，實現(xiàn)多種不同調(diào)制解調(diào)方法、不同糾錯編碼方式、不同的分集合并方式等。

基帶收發(fā)處理模塊包括的主要硬件單元有：DSP分析處理模塊、A/D變換器、FIFO、FPGA、EPROM、晶振及其驅(qū)動電路等。同時基帶收發(fā)處理模塊還包括以下接口信號：與終端的數(shù)據(jù)與控制信號線接口、與面板的接口信號、與模擬電路模塊的接口信號（I，Q兩路的模擬信號），其組成框圖如圖1所示。

基帶收發(fā)處理板的核心為兩片DSP芯片，DSP1用于時分雙工狀態(tài)下系統(tǒng)的發(fā)處理，DSP2用于時分雙工狀態(tài)下系統(tǒng)的收處理。發(fā)送的處理流程為，終端計算機串口送來的數(shù)據(jù)經(jīng)過串口驅(qū)動與電平轉(zhuǎn)換器后送至FPGA，F(xiàn)PGA打包后送至DSP1，DSP1完成基帶的信道編碼、調(diào)制、交織、組幀等功能后輸出，其產(chǎn)生的基帶信號送至RF部分，在RF部分中經(jīng)過混頻、濾波、功率放大后發(fā)送出去。在接收端，基帶處理模塊由DSP與FPGA共同完成，接收過程與發(fā)送處理過程相反。接收的處理流程為：模擬電路板將輸入信號混頻、濾波后送至基帶收發(fā)處理板的A/D，A/D采樣后的數(shù)據(jù)送至FPGA并存儲于FIFO。DSP2每幀讀取FIFO中的數(shù)據(jù)，并對每幀數(shù)據(jù)進行處理：時頻同步、解調(diào)、拆幀、解交織、合并接收、信道譯碼等，譯碼后的信息經(jīng)FPGA送至終端。在整個解調(diào)過程中，DSP還要進行同步跟蹤，以保證通信雙方的準確同步。

三、結(jié)束語

本文介紹了一種基帶OFDM的軟件無線電平臺的實施方案，完成了實驗樣機的研制，并通過樣機進行了有限實驗和段距離無線實現(xiàn)，在實驗過程中，對關(guān)鍵技術(shù)進行了驗證，為OFDM調(diào)制技術(shù)的深入研究提供了理想的硬件平臺。