软件无线电关键技术的新趋势
MHzDSP,该速度打破了TI自己保持的600MHz全球最快速度DSP的记录,打破了性能极限。这些DSP的指令执行速度超过了5700HIPS,适用于下一代无线基础设施、数字视频、电信设备和成像应用。TI推出的另一款DSP,其速度达到1GHz。据悉,目前最快的芯片处理速度已达到10GFLOPS,但在性价比、功耗上仍很难满足要求。为解决这一问题,采用了一种RISC精简指令集计算结构,这种结构的优点是尺寸孝功耗低、性能高。各DSP厂商纷纷采用新工艺,改进DSP芯核,并将几个DSP芯核、MPU芯核、专用处理单元,外围电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上,成为DSP系统级集成电路。
FPGA是可重编程器件,所实现的功能大大超过今天的DSP微处理器,包括实现软件的可编程性、高速的硬件,并可实时重构。事实上,FPGA是真正的 "软"硬件,能在定制硬件和灵活的全软件方案之间折衷。近年来FPGA无论是在规模、处理速度还是功耗上,都得到了长足的进步。FPGA器件的集成度已达到上千万门,系统工作频率达到几百MHz。高端FPGA的时钟频率已高达250MHz,可提供25G次MAC的性能。
由于大规模FPGA既有传统FPGA运算速度快、功耗低的优点,又具有可动态配置的灵活性,在软件无线电中将发挥重大的作用,主要表现在:
●主要完成软件无线电台内部的数据处理、调制解调和编码解码等工作 由于电台内部数据流量大,进行滤波、变频等处理运算次数多。必须采用高速、实时、并行的数字信号处理器模块或专用集成电路才能达到要求。要完成这么艰巨的任务,必须要求硬件处理速度很高,芯片容量大,同时要求进行针对处理器算法的优化和改进。只有这样,才能实现电台内部软件的高速运行以及多种功能的灵活切换和控制。对于一些固定功能的模块如滤波器、下变频器等,可以用具有可编程能力的专用芯片来实现,而且这种芯片的处理速度要高于通用DSP芯片。
利用FPGA可以同时满足速度和灵活性两方面的要求,支持软件无线电中动态系统配置的功能。通常来说系统的分配方式是:计算密集型的部分在DSP内部完成;功能相对固定的部分,则由FPGA来完成。这样,既可以满足高速的数字信号处理器的要求,又可以实现对各种硬件的全方位配置。
●根据不同的标准,对理想的软件无线电进行配置,并提供数字化终端
理想的软件无线电是用AD变换器对天线上的信号或中频信号进行数字化,但数字化后的数据不只是靠软件进行处理,而是利用各种灵活的、可重新配置的ASlC和通用数字信号处理器DSP 来缩减系统功耗、体积和成本。这些ASIC是可编程的,可以针对不同频道的特性和调制方式进行调节。具体的实施方案包括现场可编程门阵列FPGA 或ASIC, 它们比完全灵活的DSP实施方案更为经济。这些硬件模块可以通过软件进行选择,用作不同系统的公用硬件。
另外,FPGA提供了"芯片上的系统" 特征。它包含了连续的收发技术、RISC处理器和一定数量的可编程存储器,为软件配置无线电信号处理提供数字化终端。
●同DSP组合,可以提供较大的可编程能力
可编程门阵列FPGA 在实际中的可编程性比ASIC高,但FPGA要受门的个数和连线多少的限制,当电台在功能上需要扩展时,受门连接的限制,其可编程性要比DSP小。采用FPGA与DSP混合结构,具有较大的可编程能力。
●在软件无线电系统中实现转换、滤波等功能
FPGA同DSP、FIR专用芯片、存储器、I0接口组成可编程DSP模块,用以实现x.25物理层中数据比特流的透明传输。按照不同的数据处理流程,DSP模块的功能可划分为:与终端的数据交换、自适应调制解调、信道环境分析和管理、自适应频率估计选择和校正、单边带SSB 调制解调、频率交换等。整个DSP模块在软件无线电系统中通常用来满足频率变换和滤波的需求,实现转换、滤波、扩频、调制等功能。
五 互连技术
互连结构是用来解决如何实现系统中各单元互连,组成一个开放、可扩展、标准,具有较高数据吞吐量的硬件平台的问题。目前主要的互连结构有总线结构、交换网结构和树型结构。在总线结构中,各功能模块通过统一的、开放的标准接口相连接,使系统具有良好的开放性和通用性。但是总线结构的特点是只能有一个功能单元在总线上传输数据,即它是时间共享。这种时分复用机制限制了带宽
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