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一種基于軟件無線電的通用調(diào)制器的設(shè)計和實現(xiàn)
摘要：介紹一種基于軟件無線電的通用調(diào)制器的設(shè)計方法，給出了總體設(shè)計方案，說明了系統(tǒng)功能在DSP與FPGA之間的劃分及系統(tǒng)的工作流程，關(guān)鍵部分的硬件實現(xiàn)方法和軟件設(shè)計，給出了測量結(jié)果。上世紀９０年代發(fā)展起來的軟件無線電ＳＤＲ（Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｒａｄｉｏ／Ｓｏｆｔｗａｒｅ－Ｄｅｆｉｎｅｄ Ｒａｄｉｏ）的基本思想是：構(gòu)造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，將各種功能用軟件完成。這是一種全新的思想，它一經(jīng)提出就受到了廣泛的重視。但是，到目前為止，各國對軟件無線電的研究還非常有限。由于軟件無線電實現(xiàn)的前提是高度數(shù)字化，而現(xiàn)階段的器件水平還不能達到要求，同時軟件無線電的設(shè)計還缺乏統(tǒng)一標準，因而只能利用軟件無線電的思想，根據(jù)系統(tǒng)要求，對其結(jié)構(gòu)適當(dāng)調(diào)整，進行系統(tǒng)設(shè)計。
本文采用可編程器件和專用器件相結(jié)合的設(shè)計方法和分層的設(shè)計思想，給出了一種基于軟件無線電的通用調(diào)制器的設(shè)計和實現(xiàn)方法，并給出了系統(tǒng)的測試結(jié)果。
１ 總體設(shè)計方案
１．１ 總體方案框圖
通用調(diào)制器總體方案框圖如圖１所示。
系統(tǒng)使用的主要器件有四個：通用ＤＳＰ、可編程邏輯器件（ＦＰＧＡ）、可編程數(shù)字上變頻器和Ｄ／Ａ變換器。其中的兩個主要芯片：通用ＤＳＰ和ＦＰＧＡ均為通用可編程器件。這樣，在系統(tǒng)設(shè)計時，存在著通用器件的功能定義問題。為了使系統(tǒng)的功能在器件之間進行合理的分配，充分、有效地利用芯片資源，并使系統(tǒng)設(shè)計簡單、清晰，在軟件無線電體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上采用了分層的設(shè)計方法，將系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為三層：接口層、配置層和處理層。
（１）接口層
接口層用來與外界通信，控制整個系統(tǒng)的工作模式。接口采用ＤＳＰ的主機并口（ＨＰＩ）。圖１所示的外部控制器為ＰＣ機，即ＰＣ機的并口與ＤＳＰ的ＨＰＩ口相連并通信，將系統(tǒng)工作模式的控制參數(shù)傳遞給ＤＳＰ。需要指出：任意帶并口通信方式的器件或儀器均可代替ＰＣ機，控制系統(tǒng)的工作模式。
（２）配置層
配置層用來給處理層配置參數(shù)，由通用ＤＳＰ完成。ＤＳＰ根據(jù)其主機并口接收到的控制參數(shù)調(diào)用相應(yīng)的程序，計算出配置層所需要的各個參數(shù)值，并產(chǎn)生相應(yīng)的時序信號，將計算結(jié)果配置給可編程器件ＦＰＧＡ和 數(shù)字上變頻器。
（３）處理層
處理層由ＦＰＧＡ、數(shù)字上變頻器和Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器組成。當(dāng)ＦＰＧＡ和數(shù)字上變頻器的參數(shù)配置完后，處理層脫離配置層單獨工作。由ＦＰＧＡ產(chǎn)生對應(yīng)特定比特流、特定調(diào)制方式的Ｉ、Ｑ信號，并產(chǎn)生特定的時序信號將Ｉ、Ｑ信號寫入數(shù)字上變頻器完成調(diào)制過程，再由Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號變?yōu)槟M已調(diào)信號輸出。
１．２ 系統(tǒng)的工作過程
系統(tǒng)的工作過程和圖２所示。
系統(tǒng)的初始狀態(tài)是ＤＳＰ等待主機接口（ＨＰＩ）中斷。當(dāng)ＤＳＰ接收到主機接口中斷后，調(diào)用中斷程序。這個中斷程序?qū)⑹梗模樱袌?zhí)行以下幾步：
（１）首先將ＤＳＰ的ＸＦ腳置高，這個信號變低可以使處理層退出工作狀態(tài)，進入?yún)?shù)配置狀態(tài)，同時放棄總線，并使ＤＳＰ獲得總線控制權(quán)；
（２）ＤＳＰ從主機并口接收控制系統(tǒng)工作模式的有關(guān)參數(shù)；
（３）ＤＳＰ計算處理層需要的各項參數(shù)；
（４）ＤＳＰ將參數(shù)寫入處理層相應(yīng)的地址；
（５）ＤＳＰ將ＸＦ腳置低，放棄總線控制權(quán)，并使處理層接管總線，進入工作狀態(tài)。
（６）ＤＳＰ重新進入等待主機接口中斷狀態(tài)。系統(tǒng)隨時可以根據(jù)需要改變工作模式，重新配置參數(shù)。
２ 硬件實現(xiàn)
系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)比較簡單，與總體方案框圖的結(jié)構(gòu)基本相同。主要器件有：ＴＩ公司的ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２、ＡＬＴＥＲＡ公司的ＦＰＧＡ芯片ＥＰＦ１０Ｋ３０ＲＣ２４０、ＨＡＲＲＩＳ公司的數(shù)字上變頻器ＨＳＰ５０２１５和Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器ＨＩ５７４１。
２．１ 接口設(shè)計
本設(shè)計充分考慮了系統(tǒng)與外界接口的設(shè)計?熏使系統(tǒng)具有很好的開放性和靈活性。
ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２的８－ｂｉｔ并行主機接口包含了許多控制信號線，使得它可以通過兩個觸發(fā)器與２５針的并口直接相連。外部的設(shè)備或器件可以通過這個并口方便地控制系統(tǒng)的工作模式和狀態(tài)。
在ＥＰＦ１０Ｋ３０的內(nèi)部邏輯設(shè)計中，有一個隨機比特流產(chǎn)生模塊，在這個模塊中也設(shè)計了比特流信號的輸入接口，使系統(tǒng)既可以對自身產(chǎn)生的比特流進行調(diào)制，也可以對外部輸入的比特流進行調(diào)制。
另外，在ＥＰＦ１０Ｋ３０和ＨＳＰ５０２１５的參考時鐘輸入引腳也設(shè)計了外部接口，通過這些接口可以用外部時鐘信號方便地控制系統(tǒng)工作的參考時鐘，適應(yīng)用戶的需求。
２．２ 總線控制
總線控制包括兩個方面：總線的電平轉(zhuǎn)換和總線控制權(quán)交接。
由于ＨＳＰ５０２１５和ＥＰＦ１０Ｋ３０均為＋５Ｖ ＴＴＬ器件，而ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２的管腳為＋３Ｖ ＴＴＬ電平，因而需要進行電平轉(zhuǎn)換。所使用的芯片為帶三態(tài)輸出的電平轉(zhuǎn)換芯片ＳＮ７４ＬＳ１６２４４和ＳＮ７４ＬＳ１６２４５。前者為單向芯片，用于地址總線；后者為雙向芯片，用于數(shù)據(jù)總線。
從圖１可以看出，系統(tǒng)某些信號線存在著復(fù)用的問題。這些信號線包括：ＨＳＰ５０２１５的數(shù)據(jù)、地址總線和寫控制信號線ＷＲ。它們同時與Ｄ
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