基于SoC的无线通信平台设计与实现

摘要

无线通信技术在日常生活、生产作业、军事装备、科技探索等方面已得到了大量的应用。无线通信制式呈现出多样化、复杂化的特点。传统的无线通信设备由于功能单一且可重构性差，无法满足兼容多种通信制式的需求。针对这一问题，本论文基于软件无线电的思想，设计实现了一种基于SoC（System on Chip）的无线通信平台。 论文首先分析了通用无线通信平台的研究现状，重点分析了 SoC 的基础架构和用于实现无线通信的核心优势。其次，针对无线通信系统的典型需求，完成了基于 SoC 的通用无线通信平台设计。在硬件平台设计方面，论文根据主流无线通信系统设计需求，分析了通用平台功能与性能约束，完成平台电路架构设计和模块设计。平台采用 XC7Z045 可编程 SoC 芯片实现控制和逻辑处理，选用AD9361捷变收发器实现射频收发单元设计。详细分析实现了板卡片间控制、信号流向与各模块间的连接，并充分考虑了PCB（Printed Circuit Board）布局布线的设计约束。在SoC系统设计方面，论文基于SoC的总体架构，完成了片上系统整体设计，PS（Processing System）单元、PL（Programmable Logic）单元和RF（Radio Frequency）单元的详细设计，重点研究了各单元间的逻辑控制和数据交互模式。为了保证PS部分和PL部分高效数据交互，设计了上行和下行分离的DMA(Direct Memory Access)传输方式，且具有通用性和可移植性；为保证PL部分和RF部分高效数据交互，针对AD9361芯片特性，设计了射频单元数据与控制接口——在保证逻辑处理单元与射频单元的高效通信同时，实现了射频收发功能控制、射频核心参数控制。 该平台支持网络层及应用层协议栈、软件定义MAC协议、软件定义基带信号处理、宽带收发射频单元，具有灵活可重构的特点，可支撑不同协议体系和通信体制。最后，搭建了软硬件测试环境，分别对该平台硬件电路功能和片上系统功能进行了测试分析。采用IEEE 802.11a实验系统，验证了该平台基本的无线通信收发能力。

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