軟件定義有線通信系統(tǒng)的硬件電路設計

鮑凱凱 孫偉 周琦 高楊

摘 要：為了適應部隊信息化的通信需求，在分析有線通信系統(tǒng)組成的基礎上，設計了有線通信系統(tǒng)的硬件電路。硬件電路主要包括協(xié)議處理、調制解調、模數(shù)轉換、功率放大和接收檢測等功能部分。通過軟件驗證表明該電路可滿足有線通信的要求，該硬件電路通過搭載不同的軟件可實現(xiàn)靈活、多樣的有線通信系統(tǒng)。

關鍵詞： 軟件定義；有線通信；軍用

在軍用通信領域里，為了適應部隊信息化的需求，有線通信系統(tǒng)由于被復線的鋪設簡便、維護方便等特點被廣泛用于指揮所間通信等惡劣環(huán)境。[1]但隨著部隊的信息化建設，有線通信系統(tǒng)越來越不能滿足現(xiàn)代戰(zhàn)場通信網絡的需求。提升有線通信能力，提供更高效、便捷的通信方式，成為下一代軍用通信系統(tǒng)的迫切需求。[2]

在有線通信系統(tǒng)中，利用通用化的處理器、邏輯和模擬芯片搭建硬件平臺，通過軟件實現(xiàn)相關協(xié)議處理等功能，具有很強的靈活性，可以實現(xiàn)多樣的通信需求。

1 有線通信系統(tǒng)

有線通信系統(tǒng)以銅質雙絞線為物理介質，通過通信終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠距離、高速傳輸。目前，有線通信系統(tǒng)已經形成多種協(xié)議標準，其中單對線高速數(shù)字用戶線協(xié)議標準被廣泛應用于軍用通信領域。[3，4]在通信終端的硬件實現(xiàn)方面，一般包括協(xié)議處理、調制解調、模數(shù)轉換、功率放大和接收檢測等功能部分，如圖1所示。其中協(xié)議處理和調制解調部分由通用處理器和邏輯芯片的軟件實現(xiàn)。

2 硬件設計

本設計中通用處理器和邏輯芯片分別采用了恩智浦公司的LPC2378處理器和賽靈思公司的XC6SLX75T可編程芯片。LPC2378是一款基于ARM7TDMI-S內核的處理器，最高工作時鐘為72 MHz。XC6SLX75T具有132個DSP48A1核和11662個觸發(fā)器，DSP48A1的最高運行速率為250 MHz。LPC2378通過8位并行總線實現(xiàn)對XC6SLX75T邏輯時序的控制，XC6SLX75T通過控制數(shù)模轉換部分實現(xiàn)信號的輸出和檢測。

數(shù)模轉換部分使用德州儀器的DAC904數(shù)模轉換器和亞德諾半導體的AD9220模數(shù)轉換器實現(xiàn)。DAC904具有14位的分辨率，支持165 MSPS的更新速率。AD9220具有12位的分辨率，最高采樣速率為10 MSPS。

2.1 功率放大電路

功率放大電路包含第一級緩沖放大電路和第二級驅動放大電路，其電路圖如圖2所示。放大電路的電壓增益為-R5/R3和-R6/R4。第二級驅動放大電路提供高驅動電流，作為差分線路的驅動器。驅動放大電路的電壓增益為1+2*R8/R7和1+2*R9/R7，直流電壓增益為1 V/1 V。該電路中R10和R11用于線路的信號檢測，變壓器起到電氣隔離的作用。

2.2 接收檢測電路

接收檢測電路由兩路相似的減法電路組成，電路中采用低噪聲的LMH6622作為運算放大器，減法電路的輸入端分別為驅動放大器的輸出以及變壓器的輸入抽頭，即圖2中電阻R10和R11的兩端，其中一路的輸入端為VOUT_P和SEN_N，另一路的輸入端為VOUT_N和SEN_P。該電路通過調節(jié)放大系數(shù)可消除線路上的回波信號的干擾，實現(xiàn)發(fā)送和接收同時、同介質雙向工作。

3 軟件驗證

發(fā)送數(shù)據(jù)通過XC6SLX75T的邏輯時序被循環(huán)地轉換為幅移鍵控調制信號，并通過示波器（RIGOL DS1102E）測量調制信號。邏輯為“1”時輸出4個周期的正弦信號，頻率為1MHz，邏輯為“0”時輸出直流偏置信號。經驗證，示波器測量的調制信號與軟件設定一致。

發(fā)送端通過100米雙絞線與接收端相連，發(fā)送數(shù)據(jù)按照上述方法輸出調制信號。接收端XC6SLX75T控制模數(shù)轉換器對接收信號進行過采樣，經過數(shù)字低通濾波電路輸出解調信號，輸出的解調信號與發(fā)送端的發(fā)送信號一致。

4 結語

本文采用通用化的處理器、可編程芯片和模擬芯片設計了軟件定義有線通信系統(tǒng)的硬件電路，并對硬件電路的數(shù)據(jù)收發(fā)進行了測試，測試結果表明該電路可滿足有線通信的要求。

參考文獻：

[1]聶永軍，徐光輝，馮秀妍.基于FPGA的以太網與G.SHDSL協(xié)議轉換器設計[J].信息技術，2017，4：117-120.

[2]李石兵，康靖，鄧定成，等.基于SDN構建指控通信網絡[C].中國北京：電子工業(yè)出版社，2016：293-296.

[3]陰法明.新型DSL標準G.fast關鍵技術及應用研究[J].信息通信，2017，1：233-236.

[4]魏敬和，鄒家軒，張榮，等.基于OFDM技術的有線傳輸系統(tǒng)仿真[J].電子與封裝，2012，12（3）：25-28.

作者簡介：鮑凱凱（1989-），男，河北石家莊人，碩士，助理工程師，有線通信、交換技術。