PC工作站在无线通信系统DWCS中的应用

　　分布式无线通信系统(Distributed Wireless Communication System,缩写为DWCS)采用分布式天线、分布式处理控制、联合信号处理等技术，提高了系统频谱效率和功率效率，增强了系统灵活性和扩展性。

　　DWCS中采用了网络无线电(network radio)的设计思想。网络无线电是通用处理器单元通过光纤互连，构成高性能的计算集群，完成系统信号处理及控制功能，与软件无线电类似，其结构灵活，具有很强的系统扩展性，并具有更快的计算速率、可支持更高的网络吞吐量。

　　软件无线电系统中的通用处理器通常是DSP/FPGA等专用器件，本文所设计的软基站系统中则采用了PC机工作站作为信号处理单元。表1详细比较DSP/FPGA和PC工作站的优缺点。

　　表1 DSP与PC工作站性能比较

　　本文结构如下：首先将介绍软基站的系统结构，以及所需要的软硬件;其次重点探讨软基站设计及实现中所面临的难点问题，包括：网络吞吐量、子模块运行速率以及系统运行速率;最后给出实际解决方案和系统实测性能分析。

　　1.软基站系统设计

　　1.1系统框图

　　系统整体框架如图1，为单发六收结构。移动台由视频终端和发射机构成，基站端由六台接收机以及PC工作站集群构成。摄像头实时采集图像，经发射机处理后，送至无线信道;基站六路接收机收到信号后，把信号传至工作站处理，最后在终端输出显示。实际上，该系统对业务是透明的，不但可以传输视频，也可以传输其他业务数据。

　　图1 系统结构图

　　1.2计算集群配置

　　计算集群由两台PC机工作站组成，配置基本相同：cup AMD sempron2500+(64位);内存512MB，DDR400;网络接口适配器100Mbps;网络交换机100Mbps。

　　软件平台是Redhat 9.0,内核版本2.4.20-8。为了提高信号处理速度，有些信号处理模块采用intel的SSE和SSE2指令集优化，须用高版本编译器，本系统使用的gcc3.3.1。

　　2 关键问题分析及性能测试

　　2.1 A/D吞吐量瓶颈

　　射频信号经过A/D采样之后的数据量非常庞大，例如采用8bit，50MHz A/D，采样之后输出数据率达400Mbps;如果同时处理六路接收信号，则最高速率将达到400Mbps×6=2.4Gbps，现有网络中很难支持如此高的数据传输。

　　本系统设计中在A/D采样数据发送给PC之前，首先把数据率降下来。因此，为每一路接收天线配备接收机，用于对A/D采样之后的信号预处理，把射频信号转化成基带信号，以降低数据率。接收机基于FPGA实现，其功能包括：数字下变频、帧同步、AGC、AFC等。

　　接收机的引入，把接收信号分两级处理，解决了A/D吞吐量瓶颈。8bit，50MHzA/D采样数据速率是400Mbps，通过接收机，转变成基带信号速率降至3.25MB/s. 六路信号总速率最高到19.50MB/s,能够在现有的网络条件中传输。

　　图2是信号处理模块的逻辑图，接收机首先对信号预处理，做A/D采样、下变频、帧同步;而信号处理的其他模块在计算集群PC工作站中完成。

　　2.2子模块吞吐能力优化

　　在上述软基站结构中，PC工作站承担的信号处理模块包括：信道质量估计、单载波频域均衡、解扰、解交织以及TPC译码等。因为PC机的计算能力相对较弱，有可能使某子模块运算速率过低，影响系统性能，所以设计时必须优化各子模块的计算吞吐速率。

　　图2 软基站功能框图