无线通信射频电路控制与高速串行传输的方案研究与实现

摘要

本文课题来源于国家863计划重点项目：“动态频谱共享宽带无线通信系统”和国家重大专项课题：“电波测量与信道建模技术研究”。
　　 “动态频谱共享宽带无线通信系统”项目旨在充分利用频谱资源，验证认知无线电技术的可行性，避免无线资源的浪费。随着无线技术的发展及无线用户的不断增长，无线频谱成为非常稀缺的资源。目前无线频谱主要采用国家规划的方式，导致有些频段资源极其紧张，而另一些频段，如广播电视频段资源却得不到充分的利用，形成了“频谱资源相对匮乏与绝对浪费”的奇怪现象。而认知无线电(Cognitive Radio)技术，通过实时感知授权用户的存在与否以决定是否可以使用授权频段进行无线通信。该项目对694～806MHz UHF频段进行动态频谱资源共享的演示验证，在不影响现有系统业务的前提下，为固定和移动用户提供语音和其他宽带业务。
　　 本文的主要工作之一是对频谱感知无线通信系统射频前端进行控制方案的研究与实现，为基带系统与射频系统之间的协调运作提供一个接口。设计了控制电路，以Altera公司的可编程逻辑器件EPM570T为核心控制芯片，接收基带端传输的SPI控制协议信令，解码成射频器件正常工作所需的控制字符，对射频前端进行自动增益控制(AGC)、自动功率控制(APC)、自动频偏控制(AFC)和锁相环控制(PLL)等。通过系统测试，控制电路硬件和代码的性能完全达到系统要求。
　　 “电波测量与信道建模技术研究”项目旨在研发覆盖2～15GHz的多频点MIMO信道测量系统，并通过大规模实测和参数提取，建立相应的信道模型，为我国新一代宽带无线移动通信网的快速发展奠定基础。针对该项目，本文除了实现对射频前端的AGC、APC、AFC、PLL控制外，为了满足基带子系统间海量数据高速传输的要求，设计了高速串行传输系统。采用Xilinx公司Virtex-5 LXT系列FPGA提供的Rocket I/O GTP收发器作为物理层传输媒质，链路层采用Xilinx提供的带32bits LocalLink用户接口的Aurora协议引擎，应用层采用UFC流量控制协议，经过实际测试，基带子系统间经过高速差分线(LVDS)和高速光纤连接时，可达5Gbps的双向数据传输速率，完全满足设计指标。