基于OFDM的軟件無線電平臺設計

王莉君 李萍 徐艷

上世紀90年代發展起來的軟件無線電，其重要價值在于：傳統的硬件無線電通信設備只是作為無線通信的基本平臺，而許多的通信功能則是由是通過構造一個通用的、可復制編程平臺，使其工作頻段、調制解調方式、業務種類、數據速率與格式，控制協議等都可以進行重構和控制，選用不同的軟件模塊就可以實現不同類型和功能的無線電臺，打破了有史以來設備的通信功能的實現僅僅依賴于硬件發展的格局。本文介紹了一種基于OFDM的軟件無線電平臺的設計，重點介紹了基帶收發處理模塊的設計與實現方案。

一、總體設計方案

基于OFDM的軟件無線電硬件平臺由基帶收發處理模塊、模擬電路模塊、面板接口模塊、電源模塊構成。

（1）面板接口模塊主要完成通信系統基帶收發處理模塊與面板之間的信號接口，面板上的信號通過面板接口模塊連至基帶收發處理模塊，面板接口模板硬件上是緊貼在機箱面板的前接口板。

（2）基帶收發處理模塊是整個系統硬件平臺的控制核心和基帶收發處理通道，其任務包括信道編譯碼、交織與去交織、組幀與拆幀、調制與解調、信號采集、同步與定時跟蹤等功能，同時還控制系統協調工作。

（3）模擬電路模塊主要完成系統基帶信號與模擬中頻的接口電路。模擬中頻接口電路主要包含放大電路、混頻電路、濾波電路等，主要完成以下功能：發送時完成放大功能，頻合輸出的模擬信號經模擬中頻接口電路放大后送至RF模塊；接收時將射頻模塊送來的中頻信號與頻合輸出的本振信號混頻，經過低通濾波后送至基帶收發處理模塊。

（4）RF模塊：在發送時，RF模塊主要完成混頻、濾波、功率放大后變換到射頻發送出去；在接收狀態，RF模塊主要完成低噪聲放大，高靈敏度接收并將射頻信號變換到中頻送到模擬電路模塊。

（5）電源模塊是一個比較獨立的部分，主要為各個插板提供模擬電源與數字電源。

二、基帶收發處理模塊設計

基帶收發處理模塊是整個系統硬件平臺的控制核心和基帶收發處理通道，為了便于系統改進與調試，系統基帶的硬件平臺設計基于軟件無線電的設計思想。該系統可以很方便地通過算法改進，實現多種不同調制解調方法、不同糾錯編碼方式、不同的分集合并方式等。

基帶收發處理模塊包括的主要硬件單元有：DSP分析處理模塊、A/D變換器、FIFO、FPGA、EPROM、晶振及其驅動電路等。同時基帶收發處理模塊還包括以下接口信號：與終端的數據與控制信號線接口、與面板的接口信號、與模擬電路模塊的接口信號（I，Q兩路的模擬信號），其組成框圖如圖1所示。

基帶收發處理板的核心為兩片DSP芯片，DSP1用于時分雙工狀態下系統的發處理，DSP2用于時分雙工狀態下系統的收處理。發送的處理流程為，終端計算機串口送來的數據經過串口驅動與電平轉換器后送至FPGA，FPGA打包后送至DSP1，DSP1完成基帶的信道編碼、調制、交織、組幀等功能后輸出，其產生的基帶信號送至RF部分，在RF部分中經過混頻、濾波、功率放大后發送出去。在接收端，基帶處理模塊由DSP與FPGA共同完成，接收過程與發送處理過程相反。接收的處理流程為：模擬電路板將輸入信號混頻、濾波后送至基帶收發處理板的A/D，A/D采樣后的數據送至FPGA并存儲于FIFO。DSP2每幀讀取FIFO中的數據，并對每幀數據進行處理：時頻同步、解調、拆幀、解交織、合并接收、信道譯碼等，譯碼后的信息經FPGA送至終端。在整個解調過程中，DSP還要進行同步跟蹤，以保證通信雙方的準確同步。

三、結束語

本文介紹了一種基帶OFDM的軟件無線電平臺的實施方案，完成了實驗樣機的研制，并通過樣機進行了有限實驗和段距離無線實現，在實驗過程中，對關鍵技術進行了驗證，為OFDM調制技術的深入研究提供了理想的硬件平臺。