软件无线电设计中的六个主要环节

ted Circuits,专用集成电路)并举,通用型DSP和专用型DSP并举。可以简单理解为,DSP以软件方式,FPGA和ASIC以硬件方式实现数字信号处理算法。由于DSP和FPGA均具备可编程能力,它们比较适合软件无线电的需要。

    DSP可分为通用和专用两大类。通用的DSP产品指令集较复杂,功能较全面,TI、AD、Motorola、Lucent等公司均有系列的通用DSP产品。在速度上,通用DSP已能达到GIPS(每秒109次)量级,如TI的TMS20C6xx系列。而专用DSP为某特定算法而设计,指令集较为简单,速度也较快。目前应用得较多的产品有Intersil公司(原Harris的半导体部门)的HSP50214/215、HSP50016,Graychip公司的GC1012、GC4014,以及AD公司的AD6620/22/24等。

    一般认为要进行较好的滤波处理,需要每采样点100次操作,对于一个系统带宽为10MHz的系统,采样率需大于25MHz,这就需要2500MIPS的运算能力,使用目前的通用DSP芯片还无法完成这一任务,即使用并行处理算法,也需要多个高性能的通用DSP。因此,改用专用DSP处理芯片(也称数字下变频器)来完成A/D转换后的数据处理工作是目前比较可取的方法。数字下变频器(DDC)的基本功能是从输入的宽带数字信号中提取所需的窄带信号,并将其下变频为数字基带信号。

第五、算法及软件实现

    软件无线电的本质是用软件定义无线通信。首先从天线部分来看:智能天线的理论基础是信号统计检测与估计理论、信号处理及最优控制理论。在实际中,使性能量度达到最优(即获得最佳权矢量)并跟踪信号环境变化的方法是采用自适应信号处理算法。常用的算法有LMS(Least Mean Square)、RLS(Recursive Least Squares)和DMI(Direct Matrix Inversion)等。

    再有,软件无线电台是一种波形可编程、多频段、多模式的无线电台,因此必须要使用可编程软件,使波形、频段以及工作模式可以进行识别与选择。美国高级研究计划局(ARPA)最早开始了软件无线电台的Speakeasy计划研究。Speakeasy计划第一阶段已实现了在短波段(HF)兼容各种基本信号波形,包括模拟式话音通信、跳频的数据与话音通信、多速率数据通信等体制。Speakeasy计划第二阶段的目的是仿真15种以上基本信号调制波形。这些调制波形包括

    调幅:跳频/非跳频的双边带(DSB),单边带(SSB),幅度键控(OOK);

    调频:FM,最小频移键控(MSK),连续相位移频键控(CPFSK);

    调相:跳频/非跳频的多相移相键控(MPSK),差分移相键控(DPSK),差分正交移相键控(DQPSK);

    正交调幅:非跳频的4,16,64及256QAM。

第六、总线

    软件无线电的一个重要特点是其开放性,这主要体现在软件无线电所采用的开放式标准化总线上,只有采用先进的标准化总线,软件无线电才能发挥其适应性广,升级换代方便等特点。软件无线电中的总线结构必须具有以下特点:

（1）支持多处理器系统。由于中频数字化的软件无线电在射频转换之后就进行A/D变换,加上多波段多模式的特点,因此对数字信号处理的速度提出了极高的要求。总线结构应能保证多个异种CPU的并行处理和协调工作,并能有效的共享系统资源。

（2）高速宽带总线。为了保证高速数字信号处理数据的迅速交换,软件无线电要求其总线有极高的数据传输和I/O吞吐能力,传输率要求在每秒50MB以上。支持32位到64位独立的数据总线和地址总线。

在这些32位总线中,VME总线技术最成熟,所得到的支持最广泛,而且是VXI总线、VME64总线以及Futurebus+总线的基础。它的特点是:高性能、并行性、实时性和可靠性。VME总线在高档RISC工作站中已成为一种总线标准,如SUN、DEC、HP、SGI等公司的一些工作站产品都选用VME作为标准总线。在值入式实时应用中,更能充分发挥VME总线的全部优点,很多公司生产的高速DSP并行处理板都是建立在VME总线上的。

    就目前的总体技术水平而言,VME总线是软件无线电的首选总线,美军Speakeasy软件无线电台就采用了VME总线。

结束语

    以上讨论了设计软件无线电所要考虑的六个主要环节。那么,不管这六个环节跨越了模拟、射频、数字硬件还是软件设计等各不相同的学科领域,必须要明确一点的是:软件无线电需要的是一种Multi-disciplinary的设计方法。

参考文献

1.P.B.Kenington. Emerging technologies for software radio. Electronics & Communication Engineering Journal April 1999:69-83

2.林福华