嵌入式芯片在軟件無線電方面的應(yīng)用探析

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局 富 瑤

嵌入式芯片在軟件無線電方面的應(yīng)用探析

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局 富 瑤

DSP是應(yīng)用于軟件無線電的一種嵌入式計算機。本文介紹了嵌入式計算機和軟件無線電的基本概念和特點，對用于軟件無線電的嵌入式芯片處理器的結(jié)構(gòu)特點及其實現(xiàn)原理進行了研究和分析，本文針對嵌入式芯片在軟件無線電方面的應(yīng)用進行探討，以期能夠為相關(guān)問題的研究提供一些有價值的參考和借鑒。

嵌入式芯片；軟件無線電；應(yīng)用；DSP

我國已經(jīng)全面步入信息化時代，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用我國不同行業(yè)和領(lǐng)域，尤其是我國軟件無線電方面。嵌入式芯片的應(yīng)用得到了廣泛的推廣和普及，嵌入式技術(shù)與我國民眾的日常生活聯(lián)系的越來越密切，不僅有效深入到了家電、娛樂等領(lǐng)域中，同時也推動了數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前消費電子、計算機以及通信技術(shù)都呈現(xiàn)出一體化的發(fā)展趨勢，未來軟件無線電的發(fā)展將更加先進。

1.嵌入式計算機（Embedded Computer）

相對于普通計算機而言，Embedded Computer與其具有明顯不同，嵌入式計算機僅僅實現(xiàn)系統(tǒng)的某部分功能，同時系統(tǒng)操作人員也可以不將它視為計算機來看待，甚至可以忽視它的存在。嵌入式計算機的硬件并非專用，通常選擇比較常見的微處理器，但是軟件應(yīng)該是針對部分功能所使用的專用軟件。作為實時計算機，嵌入式計算機應(yīng)該同時滿足系統(tǒng)的軟件需求和硬件需求，以使用系統(tǒng)的環(huán)境需要。

2.軟件無線電（Software Radio）

軟件無線電指的是，通過軟件對物理層面實現(xiàn)連接的目的得一種無線通訊設(shè)計。軟件無線電的核心是具有標(biāo)準(zhǔn)化、通用化以及模塊化特征的一個硬件平臺，利用軟件實現(xiàn)多種不同功能。軟件無線電具有可編程性、靈活性以及集中性特點。

（1）可編程性。軟件無線電的運行基礎(chǔ)是普通硬件平臺，多樣化功能的實現(xiàn)需要使用不同的軟件。通過軟件實現(xiàn)無線電的多項功能，能夠改變過去功能單一、缺少靈活性的問題，特別是模擬步驟的減少，使得對信息的數(shù)字處理最大程度的貼近天線。此外，無線電新增的業(yè)務(wù)和功能，可以利用軟件的重新編程來實現(xiàn)。

（2）靈活性。軟件無線電利用編程的手段，將數(shù)字信號的接受、調(diào)制等方式進行了改變，實現(xiàn)了新的功能，具有一定程度的靈活性。

（3）集中性。軟件無線電的結(jié)構(gòu)具有性能高、開放、標(biāo)準(zhǔn)等特點，不同的信道所使用的硬件平臺是相同的，也就是說，使用相同的A/D-D/A轉(zhuǎn)換器以及射頻前端，這樣可以升級和改進硬件模塊，能夠有效降低系統(tǒng)運行的成本。

3.Digital Signal Processor（DSP）——用于軟件無線電的嵌入式芯片

Digital Signal Processor 和Digital Signal Processing的縮寫形式都是DSP[1]。Digital Signal Processor指的是可以處理數(shù)字信號的可編程微處理器。Digital Signal Processing指的是能給力指導(dǎo)處理數(shù)字信號的辦法和理論[2]。DSP的主要作用是處理數(shù)字信號，具有良好的穩(wěn)定性、良好的復(fù)制性、抗干擾能力強等諸多優(yōu)勢。其不僅能夠適應(yīng)更多的算法，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的大規(guī)模壓縮，滿足于大規(guī)模集成的需求，在實踐中具有良好的應(yīng)用效果。

（1）DSP處理器的結(jié)構(gòu)特點

作為一種微處理器，DSP專用于處理高速的數(shù)字信號，相對于MCU以及CPU而言，DSP的結(jié)構(gòu)上使用了諸多專業(yè)的技術(shù)和策略用于提高數(shù)字信息的處理速度。其所使用的策略和技術(shù)主要有：流水技術(shù)、數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生器、哈弗結(jié)構(gòu)、升級的哈弗結(jié)構(gòu)、乘加指令MAC、浮點DSP處理器等等。

（2）DSP技術(shù)的實現(xiàn)原理

對于數(shù)字信號的接收和解調(diào)，使用DSP技術(shù)，能夠有效提升其接收的功能，同時使用DSP技術(shù)對數(shù)字信號的接收，能夠有效提高接收機的靈活性，使得接收機的性價比大大提升。

1）功能實現(xiàn)

近些年來，我國所使用的軟件無線電接收機，大部分都是中頻以下的部分使用DSP技術(shù)，由于DSP技術(shù)的運行速度不斷提升，使得射頻使用DSP技術(shù)對數(shù)字信號進行處理成為了可能。如果接收機使用DSP技術(shù)，那么接收機的中頻數(shù)字接口的構(gòu)成，就是兩個高速運轉(zhuǎn)的DAC和ADC，其中心部分就是常規(guī)CPU以及高速運轉(zhuǎn)的DSP，他們組成了具有開放性的模塊化結(jié)構(gòu)[3]。接收機通過DSP技術(shù)，實現(xiàn)包括解調(diào)、放大信號以及濾波等性能。接收機獲得的數(shù)字信號，通過下變頻通過中頻以后，進入DSP進行處理，在DSP處理器當(dāng)中，射頻信號通過高速運轉(zhuǎn)的ADC將信號做數(shù)字化處理，在這個過程當(dāng)中，會出現(xiàn)兩種情況：第一，ADC采樣頻率fs采用Nyquist采樣定理，選擇信號頻譜的最高點值fH的2倍，這種情況在獲得中頻信號的時候，對于采樣頻率的需求非常高，從而造成ADC的使用成本的提高[4]。第二，使用帶通信號采樣定理，fs選擇的值的范疇，可以低于2fH而高于通信號的帶寬。這時ADC采樣后的數(shù)字信號則不僅有效保留了原中頻中的信號頻譜外，同時也將高頻中的頻譜有效搬移到了原本的中頻信號中，這主要是因為DSP能夠在進行信號處理之前，就對數(shù)字化信號帶的信號進行處理，過濾器干擾成分，通過抽取和插入技術(shù)中信號頻譜中的高次諧波的過濾技術(shù)，能夠使得原有的信號能夠得以完整的保留，這也為后續(xù)的進一步信號處理工作打下了基礎(chǔ)。但是總的來說，DSP的主要功能在于，將多種不同處理功能的程序進行使用，接受不同類型的調(diào)制信號。

2）處理流程

DSP可以實時的對CPU的命令進行回應(yīng)，同時可以對軟件程度的處理模塊進行隨時的使用，并對有關(guān)的參數(shù)進行及時的更新，從而實現(xiàn)CPU所提出的是所有控制命令。軟件無線電的接收機布置的多項任務(wù)方式和解調(diào)模式，都是通過CPU利用命令的形式傳遞給DSP，DSP利用串行口中斷模式，接收CPU傳遞的指令和ADC傳遞的數(shù)字信號[5]。DSP依據(jù)CPU所發(fā)出的制定，將數(shù)字信號進行不同功能的處理。通過DSP處理以后的數(shù)字信息，通過串口發(fā)出并傳遞給DAC，最終形成模擬數(shù)字信號。

（3）DSP“核”及DSP芯片的發(fā)展

DSP芯片的設(shè)計目的在于，實現(xiàn)高計算強度的性能，比如：FFT以及濾波等等。最初的DSP芯片，更加注重乘加計算的能力，隨著技術(shù)的進步和社會的發(fā)展，之后的DSP芯片設(shè)計具有了更多的處理功能，為多處理功能提供了更多的輸入和輸出。

4.結(jié)語

近些年來，我國無線電工程的覆蓋范圍越來越廣泛，無線電充斥著我們生活和工作的多個領(lǐng)域和行業(yè)，在面對巨大發(fā)展機遇的同時，也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。軟件無線電的結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成就是多層級、多形式以及多波段的實現(xiàn)。在技術(shù)不斷改進有縮減成本的需求之下，軟件無線電的結(jié)構(gòu)獲得了發(fā)展和進步，其發(fā)展的決定性因素是軟件的繁雜性。所以，針對嵌入式芯片的軟件研究是發(fā)展軟件無線電的基礎(chǔ)，其對于軟件無線電的發(fā)展具有重要的作用和意義。

[1]葛熠,陳為剛.基于嵌入式USRP的無線通信實現(xiàn)[J].電子測量技術(shù),2016,06:167-171+189.

[2]華抒軍.基于Zedboard的軟件無線電軟件平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].軟件,2015,10:57-60+64.

[3]羌凌飛,洪露.嵌入式軟件無線電系統(tǒng)設(shè)計[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2014,01:63-67+72.

[4]麻志濱,王相,張敏.基于DM3730的嵌入式軟件無線電平臺的研制[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2014,10:107-109+112.

[5]李燕斌,覃超,黃揚洲,劉偉敏.基于軟件無線電的嵌入式系統(tǒng)總線研究及應(yīng)用[J].電訊技術(shù),2012,03:273-277.