FPGA的虚拟无线电射频前端及PCIe接口设计

陈先生528

摘要.
* q( Z  v9 X& R9 a随着通信技术的迅猛发展，新的通信体制与标准的不断出台，出现了新旧
; z. \% ~' u4 A" _1 f3 g8 `通信系统标准共存的局面，使得各种通信系统的互连互通变得更加的复杂。为
) R# K. Q) B' w5 X: a3 d) @了满足设备的互通问题，缩短开发周期，降低开发成本，人们提出了通过软件
- I  I& z& U7 S: m- e方式来实现无线通信的虚拟无线电概念。本文结合了虚拟无线电涉及的一- 些关
2 A# h4 f8 e( @& e$ t键技术和基础理论，基于虚拟无线电架构，设计了一*种基于PCI Express总线
+ z) ?% c2 O9 w; C接口的虚拟无线电射频前端板卡。
1 @! n/ F; @7 D6 n4 U$ x4 _本文利用PCI Express高速总线接口作为PC与射频前端板卡的数据传输
3 _; n1 h' G; r& E接口，并使用高效的DMA工作机制，实现总线接口间高数据速率、低时延的
数据交互。射频前端的设计采用直接变频的架构，有效的提高了前端集成度，
并将射频部分，接口部分和FPGA控制部分有效的集成到一块板子上。
文中给出了虚拟无线电射频前端的基本结构和模块组成，重点阐述了整个
射频前端的硬件设计关键技术及FPGA本地控制逻辑。其中，硬件部分主要包
$ N" g+ y" {, R括: FPGA模块、电源模块、时钟模块、PCle模块和射频模块，并给出相应电
: N/ j6 j: A3 Y, R' [3 F" g路原理图设计: FPGA部分主要包括DMA控制模块、天线模块、数据缓冲处
# o$ m+ p: A. s( E6 m& ^理模块、参数配置模块和定时控制模块，并给出各模块时序仿真图。文中还对
3 z/ D2 G2 N! {/ O. R' F$ A0 Q6 o* p所设计的射频前端板卡进行了测试，并对测试结果进行了分析和总结。
  S! Z  P5 e2 }1 m# P% {  d8 G- T5 G、经实践验证， 本文设计的虚拟无线电射频前端在中频段( 700MHz-900MHz)
9 c) S' _0 v# }+ w2 [8 [! k范围发射和接收性能较好，通过修改相应的应用程序以及FPGA程序，即可在
( ]. P8 G, ]. v一块射频前端板卡下实现协议的切换。该射频前端板卡具有良好的通用性，在
8 z' S- p( Z5 |* z, W1 n! Y0 d3 y软件无线电系统中，可作为射频前端进行无线信号的接收和发送，作为无线接
4 I8 T, X% n) s/ D( h0 _" Q( C入网卡设备、无线系统试验设备来使用:还可用于构建行业专网通信系统。
9 W$ w; L% H8 m( L1 E关键字:软件无线电，虚拟无线电，PCI Express, FPGA, 射频前端

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道法自然

本文利用PCI Express高速总线接口作为PC与射频前端板卡的数据传输 接口，并使用高效的DMA工作机制，实现总线接口间高数据速率、低时延的# y7 w# |+ \, l" @ 数据交互。射频前端的设计采用直接变频的架构，有效的提高了前端集成度， 并将射频部分，接口部分和FPGA控制部分有效的集成到一块板子上。