基于软件无线电的数字化中频处理平台的硬件设计与实现

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软件无线电作为一项新的通信技术,凭借其数字化、灵活和开放的特点,能够很好地解决不同通信体制下系统的互通与兼容问题,因此,它一经提出,就引起了人们广泛的关注,并被普遍认为是继从固定通信到移动通信、从模拟通信到数字通信后无线通信的第三次技术革命,是未来无线通信的发展方向。软件无线电应用前景十分广阔,可应用于军用、民用以及个人通信领域。因此搭建一个通用、开放的软件无线电硬件平台就具有十分重要的意义。然而,由于受到硬件的性能如A/D、D/A转换和DSP芯片处理速度的限制,目前的软件无线电系统多采用折中的实现方案——中频数字化软件无线电,即先将射频信号转换至中频,然后再进行基带信号处理。这种实现方案虽然与理想的软件无线电有一定的差距,但却是目前对器件性能要求最低,最容易实现的方案。本文采用了中频数字化的软件无线电结构,设计并实现了一个数字化中频处理的硬件平台,所完成的工作主要有:中频数字化软件无线电的研究、总体方案的设计、芯片和元件的选择、电路原理图与PCB的设计、电子元器件的焊接、硬件平台的调试与测试硬件模块的软件的编写。首先,本文概述了软件无线电的基本情况,详细介绍其理论基础——中频数字化技术中的信号采样理论与多速率信号处理理论,并对其中的重要结论和公式进行了详细的证明与推导。其次,完成了硬件平台的设计与实现。在比较了GPP、FPGA和DSP这三种目前主流的软件无线电的硬件实现方案后,决定采用DSP+FPGA作为本次设计的总体方案。本次设计将整个硬件平台分为DSP基带板和FPGA中频板两个部分。DSP基带板的核心芯片采用TI基于达芬奇技术的TMS320DM6446,集成了ARM与DSP核;FPGA中频板的核心芯片采用的是Altera公司Cyclone II系列FPGA中的EP2C20Q240C8。本次设计采用Protel 99SE完成了电路原理图和PCB的设计。最后,完成了硬件平台的调试,并对工作进行了总结和展望。调试的过程中,一方面使用仪器设备检测硬件电路;另一方面编写了简单的程序对硬件模块进行测试。调试完成以后,给出了硬件平台的实物参考图。
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