一種基于軟件無線電的基帶設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及衛(wèi)星無線電測(cè)控、航天無線電測(cè)控領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于軟件無線 電的基帶設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，由于受器件水平的制約，直接對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行采樣處理還有一定難度。尤其 是航天無線電信號(hào)測(cè)控W及衛(wèi)星信號(hào)測(cè)控方面都有著不穩(wěn)定因素的缺陷產(chǎn)生，因此，目前 的軟件無線電系統(tǒng)在保留了軟件無線電通用、靈活、開放的前提下，一般均采用中頻數(shù)字化 技術(shù)，即先用一個(gè)本振信號(hào)與被數(shù)字化的輸入信號(hào)進(jìn)行混頻（也可W經(jīng)過幾次混頻），將其 變化為統(tǒng)一的中頻信號(hào)，然后再進(jìn)行數(shù)字化。因此，在目前，中頻數(shù)字化技術(shù)是軟件無線電 的核屯、技術(shù)之一。中頻數(shù)字化主要實(shí)現(xiàn)信息承載信號(hào)在基帶和中頻間的傳輸轉(zhuǎn)換，即數(shù)字 上下變頻。在模擬變頻中，混頻器的非線性和模擬本地振蕩器的頻率穩(wěn)定度、邊帶、相位噪 聲、濕度漂移、轉(zhuǎn)換速率等都是人們最關(guān)屯、和難W徹底解決的問題。運(yùn)些問題在數(shù)字變頻中 是不存在的，頻率步進(jìn)、頻率間隔等均具有理想的性能，另外，數(shù)字變頻器的控制和修改也 比較容易，運(yùn)都是模擬變頻所無法比擬的。
[0003] 該設(shè)備包括兩路70M上行發(fā)送通道、兩路70M下行接收通道、兩路PSK接收通道、 兩路PSK發(fā)送通道，測(cè)試用LVTTL電平輸入和輸出接口、時(shí)鐘管理單元、數(shù)據(jù)處理模塊、PCI 接口模塊、CPLD邏輯模塊、擴(kuò)展RAM模塊、數(shù)字上變頻/下變頻模塊、FLASH模塊和電源模 塊；基帶設(shè)備通過PCI接口忍片PLX9054和CPCI計(jì)算機(jī)相連，將PCI總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為本地 總線協(xié)議，PCI接口忍片輸出的本地總線信號(hào)通過CPLD進(jìn)行地址譯碼，PCI總線通過CPLD 完成對(duì)FPGA和DSPHPI接口的訪問，完成對(duì)FPGA和DSP程序的下載，使得計(jì)算機(jī)能夠通過 PCI接口完成對(duì)固件程序的更新，在硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了多頻段、多模、多信道、多速率、多協(xié) 議等多功能通信，從而構(gòu)建一個(gè)良好而靈活的軟件無線電系統(tǒng)平臺(tái)。然后通過軟件（算法） 來完成各種功能，使其具有更好的可擴(kuò)展性和應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性。與傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)相比，具 有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0004] (1)處理器性能可得到提高，利用現(xiàn)有成熟的信號(hào)處理技術(shù)可W提供許多有效的 手段和技術(shù)靈活性，從而提高系統(tǒng)的性能。例如對(duì)信源信息進(jìn)行信源編碼可W減少冗余度， 盡量壓縮原始信息，W便在系統(tǒng)容量一定時(shí)能服務(wù)更多用戶；而對(duì)信息進(jìn)行信道編碼可W 抑制信道干擾，減少噪聲，提高通信質(zhì)量。 陽(yáng)0化](2)功能可程序控制，通過使用可編程器件，可W只設(shè)計(jì)通用的硬件配置，然后設(shè) 計(jì)各種軟件來執(zhí)行多種多樣的信號(hào)處理任務(wù)。例如一個(gè)數(shù)字濾波器可W通過重新編程來完 成低通、高通、帶通、帶阻等不同的濾波任務(wù)，而不需要改變硬件配置。而在模擬系統(tǒng)中，隨 著任務(wù)的不同，所有的設(shè)計(jì)都必須改變。此外，在很多情況下，利用數(shù)字化甚至不需要重新 編程，而只需要改變有關(guān)的數(shù)據(jù)和操作就可W完成不同的任務(wù)，而在模擬系統(tǒng)中則很難，甚 至不可能。
[0006] 做系統(tǒng)穩(wěn)定性好，模擬系統(tǒng)由于其技術(shù)規(guī)格范圍所限，即使設(shè)計(jì)完全相同的模擬 系統(tǒng)，其性能也可能各不相同，同樣信號(hào)輸入配置相同的模擬系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)的輸出都不會(huì) 相同。再者，模擬電路中的電阻、電容、運(yùn)算放大器等器件的特性都會(huì)隨著溫度的改變而改 變，而數(shù)字電路在其保證的工作范圍內(nèi)，所受溫度變化的影響則要小得多。此外，對(duì)于模擬 電路來說，必須考慮到器件及制造器件的材料壽命，運(yùn)將極大地影響整個(gè)電路的性能，而運(yùn) 些問題又不可克服。但運(yùn)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器所帶來的影響要小得多，而且，DSP電路還可通 過編程來檢測(cè)和補(bǔ)償模擬系統(tǒng)的變化。
[0007] (4)易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)算法，一些基本的自適應(yīng)功能在模擬系統(tǒng)雖然也可能實(shí)現(xiàn)，但 類似噪聲消除等復(fù)雜自適應(yīng)變化就非模擬系統(tǒng)所能。而數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)則可W很容易自 適應(yīng)外部環(huán)境的改變，它的自適應(yīng)算法只是計(jì)算新的參數(shù)，并存儲(chǔ)起來取代原有的值而已。
[0008] (5)通信的安全性高，可W采用加密信息、跳頻通信等技術(shù)手段來提高系統(tǒng)的安全 性，運(yùn)是數(shù)字通信固有的優(yōu)點(diǎn)。
[0009] (6)系統(tǒng)集成度高，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，與模擬電路相比，數(shù)字電路的集成 度要高得多，而且體積小，功能強(qiáng)，功耗小，產(chǎn)品一致性好，使用方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái)，W將各種 功能（如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等）用軟件來完成，從而 具有高度靈活性、開放性的無線通信設(shè)備。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于軟件無線電的基帶設(shè)備，其特征在于：包括兩路 70M上行發(fā)送通道、兩路70M下行接收通道、兩路PSK接收通道、兩路PSK發(fā)送通道，測(cè)試用 LVTTL電平輸入和輸出接口、時(shí)鐘管理單元、數(shù)據(jù)處理模塊、PCI接口模塊、CPLD邏輯模塊、 擴(kuò)展RAM模塊、數(shù)字上變頻/下變頻模塊、FLA甜模塊和電源模塊；基帶設(shè)備通過PCI接口 忍片PLX9054和CPCI計(jì)算機(jī)相連，將PCI總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為本地總線協(xié)議，PCI接口忍片輸 出的本地總線信號(hào)通過CPLD進(jìn)行地址譯碼，PCI總線通過CPLD完成對(duì)FPGA和DSPHPI接 口的訪問，完成對(duì)FPGA和DSP程序的下載，使得計(jì)算機(jī)能夠通過PCI接口完成對(duì)固件程序 的更新；
[0012] 兩路70M上行發(fā)送通道：兩路結(jié)構(gòu)相同的70M中頻輸出接口輸出既可W用作擴(kuò)頻 體制時(shí)上行的測(cè)距信號(hào)、上行遙控信號(hào)和上行遙測(cè)模擬信號(hào)的輸出，也可W用作USB體制 時(shí)上行遙控模擬信號(hào)、上行測(cè)距信號(hào)和上行遙測(cè)模擬信號(hào)的輸出，該接口同時(shí)需要輸出前 端AGC電壓；
[0013] 兩路70M下行接收通道：兩路結(jié)構(gòu)相同的70M中頻輸入接口輸出既可W用作擴(kuò)頻 體制時(shí)下行測(cè)距信號(hào)和下行遙測(cè)信號(hào)的接收，也可W用作USB體制時(shí)下行遙測(cè)信號(hào)和下行 測(cè)距信號(hào)的接收；
[0014] 兩路PSK接收通道：兩路結(jié)構(gòu)相同的視頻PSK輸入接口用于USB體制，一是用作視 頻調(diào)制模式的外部輸入PSK采集接口，二是用于外部視頻PSK解調(diào)時(shí)需要解調(diào)的PSK信號(hào) 的輸入，視頻PSK輸入接口不需要過高的采樣率，使用低速AD就能夠滿足要求；
[0015] 兩路PSK發(fā)送通道：兩路結(jié)構(gòu)相同的監(jiān)視PSK輸出，在USB體制時(shí)用作PSK監(jiān)視信 號(hào)的輸出，監(jiān)視PSK輸出不需要過高的采樣率，使用低速DA就能夠滿足要求；
[0016] 測(cè)試用LVTTL電平輸入和輸出接口：多路結(jié)構(gòu)相同的LVTTL輸入接口，主要用于 PCM數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的輸入，化及測(cè)試信號(hào)的輸入，如秒脈沖信號(hào)、鎖定型號(hào)，該接口可W用作外 部遙控信號(hào)的輸入；八路結(jié)構(gòu)相同的LVDS輸入輸入接口，主要用于高速PCM數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的 輸入，處理高速PCM信號(hào)；
[0017] 時(shí)鐘管理單元：兩路外部10M時(shí)鐘輸入和一路設(shè)備上自帶的10M時(shí)鐘，輸入時(shí)鐘即 能夠按照設(shè)定的優(yōu)先級(jí)自動(dòng)選擇使用外部時(shí)鐘或板上自帶時(shí)鐘；
[0018] 數(shù)據(jù)處理模塊：一片浮點(diǎn)運(yùn)算DSP--TMS320C6713B，DSP的HPI接口和CPLD相 連，使得計(jì)算機(jī)能夠通過PCI接口更新DSP程序，完成DSP程序的動(dòng)態(tài)加載，為了增大DSP 的處理能力，為DSP配置兩片64MBYTE大小的SDRAM，運(yùn)兩片SDRAM連接到的DSP的EMIF 接口上，同時(shí)DSP的EMIF接口連接到FPGA的I/O管腳上，用于訪問FPGA內(nèi)部資源，DSP對(duì) SDRAM和FPGA的訪問通過片選信號(hào)進(jìn)行區(qū)分，在板上設(shè)計(jì)DSP主要使用與對(duì)浮點(diǎn)數(shù)據(jù)的處 理，W及一些具有復(fù)雜流程的過程進(jìn)行控制；Ξ片數(shù)字上/下變頻器GC5016,通過寄存器配 置，G巧016既能夠作為數(shù)字上變頻器使用，也能夠作為數(shù)字下變頻器使用，GC5016配置成 行上變頻模式時(shí)能夠完成數(shù)據(jù)的內(nèi)插和上變頻，當(dāng)GC5016配置成下變頻模式時(shí)能夠完成 數(shù)據(jù)的下變頻和抽取，該忍片包括有4路寬帶或窄帶的上下變頻器，GC5016有Ξ種工作模 式，既能夠配置成4路上變頻器，也能夠配置成4路下變頻器，還可W配置成收發(fā)射機(jī)模式 (2路上變頻，2路下變頻），3片GC5016 -共包含12路上下變頻通道，足夠完成對(duì)多路中頻 或基地信號(hào)的上下變頻，可W大大減輕FPGA數(shù)據(jù)處理的負(fù)擔(dān)，使得程序設(shè)計(jì)時(shí)能夠?qū)Ｗ⒂?接收機(jī)的設(shè)計(jì)，加快設(shè)計(jì)過程，G巧016和FPGA連接成一個(gè)閉環(huán)，F(xiàn)PGA將需要處理的數(shù)據(jù)送 入GC5016后進(jìn)行處理，處理過的數(shù)據(jù)通過GC5016的輸出端口重新連接到FPGA，有FPGA決 定下一步的數(shù)據(jù)處理過程，通過運(yùn)種方式，能夠使得GC5016發(fā)揮最大的靈活性，便于數(shù)據(jù) 的處理；
[0019]PCI接口模塊：為了實(shí)現(xiàn)和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換使用PLX9054作為PCI接口忍 化完成PCI總線協(xié)議和本地總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換，PLX9054支持32-bit數(shù)據(jù)總線，支持DMA操 作，支持硬件中斷，具有較快的數(shù)據(jù)讀寫速度，能夠滿足地面測(cè)試設(shè)備數(shù)據(jù)交換的要求；
[0020]CDLP邏輯模塊：CPLD主要負(fù)責(zé)對(duì)PCI總線、地址總線進(jìn)行譯碼等操作，使計(jì)算機(jī)能 夠通過CPLD的譯碼實(shí)現(xiàn)對(duì)外部地址的讀寫操作，完成FPGA邏輯裝載、FPGA內(nèi)功能寄存器 的讀寫等，CPLD為邏輯忍片EPM3256,使用CPLD進(jìn)行本地譯碼的主要作用是使得計(jì)算機(jī)能 夠通過PCI總線實(shí)現(xiàn)FPGA程序的動(dòng)態(tài)加載，運(yùn)樣設(shè)備的硬件的升級(jí)可W通過PCI總線加載 的方式更新硬件的配置程序，不用打開機(jī)箱，既能完成設(shè)備的升級(jí)；
[OOW擴(kuò)展RAM模塊：主要增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理板的數(shù)據(jù)處理能力，在DSP的EMIF口上外掛兩 塊外置的邸PRAM,用于DSP的擴(kuò)展，DSP的EMIF口同時(shí)和FPGA相連，用于和FPGA之間的 數(shù)據(jù)交換，DSP的程序通過HPI口進(jìn)行配置，HPI口直接和CPLD相連，通過CPLD譯碼，運(yùn)樣 DSP的配置就不需要通過FPGA進(jìn)行中轉(zhuǎn)，F(xiàn)PGA作為主要中頻信號(hào)處理器件，負(fù)責(zé)各個(gè)前端 電路的控制和訪問、數(shù)據(jù)采集和輸出，是中頻處理單元的核屯、，F(xiàn)PGA主要的任務(wù)包括：
[0022] (1)完成對(duì)周邊器件的訪問時(shí)序控制；
[0023] (2)完成對(duì)下行信號(hào)的處理，解調(diào)出遙控信號(hào)和測(cè)距信息；
[0024] (3)完成上行信號(hào)的生成，產(chǎn)生測(cè)距和遙控模擬信號(hào)；
[0025] (4)實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻PSK輸入信號(hào)的采集和調(diào)制；
[0026] (5)完成監(jiān)視PSK信號(hào)的產(chǎn)生和輸出；
[0027] (6)完成前端電路AGC的控制電壓的生成； 陽(yáng)0測(cè) （7)測(cè)試PCM信號(hào)的產(chǎn)生和接收；
[0029] (8)測(cè)距信號(hào)的發(fā)送和解算；
[0030] (9)發(fā)送信號(hào)多普勒頻率的模擬；
[0031] 數(shù)字上變頻/下變頻模塊：板卡上設(shè)計(jì)有3塊專用數(shù)字上/下變頻器，用作數(shù)據(jù) 的上下變頻、抽取、內(nèi)插化及AGC，數(shù)字上/下變頻器選用TI公司的忍片GC5016，G巧016具 有4個(gè)獨(dú)立通道，每塊忍片忍片具有Ξ種工作模式：上變頻模式、下變頻模式和收發(fā)射機(jī)模 式；G巧016的工作模式可W通過控制接口靈活配置，通過Ξ塊數(shù)字上/下變頻器，可W完 成，接收機(jī)輸入數(shù)據(jù)上的預(yù)處理（下變頻、濾波、抽取、AGC)，W及輸出數(shù)據(jù)的處理（上變頻、 內(nèi)插、濾波），還可W用作視頻信號(hào)的預(yù)處理，使用方式靈活多樣，極大增強(qiáng)了板卡的數(shù)字信 號(hào)處理能力，使得使用一塊FPGA完成多個(gè)接收機(jī)；
[0032] FLA甜模塊：板上上需要配置大容量的FLA甜，用來存儲(chǔ)板卡序列號(hào)等信息W及校 準(zhǔn)信息，F(xiàn)LA甜選用64MBit的FLA甜ROM,配置時(shí)需要能夠通過PCI接口更新FLA甜中的 數(shù)據(jù)。
[0033] 進(jìn)一步，時(shí)鐘管理單元的工作方式為：系