一种实现VEM总线结构的软件无线电方案

摘要：为了解决无线电通信领域内多体系并存、不同体系间无法制订统一标准等问题，在介绍了软件无线电提出的背景、硬件系统结构和软件系统结构的基础上，采用WiMAX802．16技术给出了一种实现VEM总线结构的软件无线电基站方案，以便满足用户在任何时间、地点的通信需求。研究了其对多种软件无线电标准的适应性，能够覆盖多个频段，能进行软件重构和复用。
关键词：数字信号处理；软件无线电；基站；VEM总线；WiMAX802．16

1992年5月，MMTRE公司的Joe．Mitola首次明确提出了软件无线电(SDR)的概念。其中心思想是构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，使A／D和D／A转换器尽可能靠近天线，将接收机的各种功能(如变频、滤波、加密解密、扩频和解扩等)用软件来完成，以研制出高度灵活和开放的无线电通信系统。文中主要利用该系统的核心技术，利用了高速、高精度ADC和DAC、可编程ASIC和DSP等来构造功能强大的软硬件平台，并通过选用和不断开发新的软件模块来满足多种通信需求。提高无线电通信设备接收和处理信号的能力，缩短新型无线电通信设备的开发周期，延长其使用寿命。

1 器件技术简介
随着电路技术和器件技术的不断发展，如宽带高速A／D／A、宽带大动态接收机、高速DSP、现场可编程门陈列(FPGA)、高温超导等，使软件无线电的研究工作能在这些新器件的推动下取得新的突破。
1．1 宽带模数转换器(ADC)
决定宽带模／数性能的关键是采样速率和位数，采样速率由信号带宽决定，量化位数则要满足一定的动态范围和数字信号处理精度。A DC的分辨率越高(位数越多)，需要转换的时间就越长，转换速率就越低，两者相互制约。高速ADC的结构主要采用全并行或闪烁型ADC；而高分辨率ADC主要采用∑-△结构。软件无线电中，在达到高速ADC的同时，兼顾高分辨率；同样，在达到高分辨率的同时，也要兼顾高速。具体应用时，还要考虑功耗、功能以及与外围其它电路的接口等。因此，在软件无线电的发展初期采用的ADC为AD9042，目前则有性能更为优越的AD6640。
1．2 数字下变频器(DDC)
数字下变频器(DDC)是A／D变换后首先要完成的处理工作，包括数字下变频、滤波和二次采样，由合成器、正交混频器、低通滤波器和输出格式化器组成，是整个系统数字处理运算量最大的部分。DDC的主要功能是从宽带输入中提取出所需的窄带频段，并将该窄带频段变换到基带，以正交或实信号形式输出。窄带提取由下变频和将有用频带中置到数据载波完成。即由正交正弦信号乘以输入数据完成下变频，同相(I)和正交(Q)处理支路都由高抽取滤波器(HDF)和FIR滤波器级联组成，用来提取有用频段。输出格式化器对滤波器的输出进行整形，以提供各种串行数据格式。这部分的工作由专用可编程芯片完成，如美国Harris公司的HSP50016和HSP50214。
1．3 高速DSP
软件无线电中，单片的DSP尚不能满足处理速度和容量的要求，必须采用多芯片并行处理。目前已商业化的产品如TI公司的TMS320C40(第一代并行DSP)，AD公司的ADSP2106X为可并行扩展的超级哈佛指令计算机(SHARC)，这种芯片内四套独立的总线，可完成双向数据存取、指令存取、非指令性I／O，而且可方便地构成多片并行的处理系统。另外，90年代中后期TI公司的TMS320C6X系列，也是专门为并行处理而设计的。TMS320C6X系列的主要特点是采用了甚长指令字(VLIW)的体系结构。该结构中，多个功能单元是并发工作的，所有的功能单元共享使用公用寄存器堆，由功能单元同时执行的各种操作是由VLIW的长指令来同步的，把长指令中不同字段的操作码分别送给不同的功能单元，这种代码压缩是由编译器完成的。开发工具在提供DSP系统的性能方面也起着重要的作用。

2 硬件体系结构
2．1 流水线结构
Joe．Mitola提出的理想软件无线电结构如图1所示，是一种流水线结构，包括天线、多频段射频、RF转换、宽带A／D和D／A转换器以及DSP处理器等。理想软件无线电要求将A／DD／A尽量向RF靠拢，同时，用高速DSP／CPU代替传统的专用数字电路和低速DSP／CPU做A／D后的一系列处理，从而建立一个相对通用的硬件平台，通过软件实现不同的通信功能。