[发明专利]一种基于FPGA和USB的上位机软件无线电平台

说明书

技术领域

本发明属于无线电通信领域的具体应用，尤其涉及一种基于FPGA和USB的上位机软件无线电平台。

背景技术

随着时代的进步，各类通信网的系统结构和实现技术总在不断发展更新，但人们总希望可以有一个能够兼容多种频段、调制方式、信道多址方式的硬件平台，来确保不同通信系统间的无缝连接。软件无线电，通过软件编程的手段来完成系统通信的技术手段，是解决通信系统间连接问题最佳的方案。近年来，软件无线电的技术在卫星移动通信、陆地移动卫星和全球通信上面得到了广泛的应用，成为数字移动通信中解决多种多平台、多标准的系统间通信最佳实现方案。因此，对软件无线电系统的研究具有了更加深远的理论意义和更为迫切的价值需求。

为了完成不同种类信号间的数据处理工作，软件无线电一般采用DSP处理器来对接收频段、调制解调、滤波功能进行软件编程实现，通过软件设计的灵活性来保证整体通信的灵活性，但同时DSP处理器的本身的技术瓶颈（如硬件可升级性、运行速度、吞吐量、系统的可重构配置性、总线结构的可变性）也极大的影响着软件无线电技术的发展。随着FPGA工艺和集成度上的高速发展，FPGA芯片可以很容易的在片内实现高度并行的运算，速度大大高于目前常用的DSP器件，新技术下涌现了多IP核的技术来用于支撑FPGA的多元化使用，例如数据存储、信号滤波。FPGA芯片不仅可以满足数字信号处理系统对功能和效率的要求，而且覆盖极大的中频采样范围，所以FPGA极为适合应用于软件无线电领域，从而解决了软件无线电技术中DPS处理器性能不佳的瓶颈。

为了使软件无线电系统能够得到最大程度的系统处理能力，并更多的利用软件来实现通信功能，节约设计成本，本发明采用FPGA作为系统的主芯片，配合AD9862模数转换芯片完成硬件平台的搭建。该系统包括实现RF前端的子板和母板，母板上包括A/D转换模块、FPGA模块和可编程的USB控制模块。在硬件平台基础上，对FPGA编程实现数字下变频、抽样的高速通用操作，控制USB2.0接口，将信号传送至上位机，在上位机上完成波形相关的处理。该系统能够满足多标准通信的要求，从根本上提高了硬件系统的通用性与可扩展性，从而极大的降低了成本。

发明内容

针对当前软件无线电技术中存在的问题，结合软件无线电系统的具体应用，设计了一种基于FPGA和USB的上位机软件无线电平台。本发明的目的在于，提供一种简单廉价且性能稳定的上位机软件无线电平台。

为了实现上述系统，本发明采取的技术方案是：

一种基于FPGA和USB的上位机软件无线电平台，其特征在于该系统由母板、子板、收发天线、PC机以及SPI控制总线组成，其中母板包括：A/D转换模块、FPGA模块、USB控制模块；首先，由两套天线捕捉空中的射频信号，分别在对应的2块子板上实现射频信号的模拟下变频，得到模拟中频信号，然后通过A/D转换模块将模拟中频转换为数字中频，进入数字域，在FPGA模块上进行数字中频处理，实现数字下变频功能，即将数字信号从中频搬移到基带，同时完成信号的抽取滤波，使数据速率降低到通用处理器可以处理的范围，适合USB传输，进一步将低数据率的基带信号在USB控制模块的作用下传送至PC机进行信号的编译码和FFT变换。

在该软件无线电系统中，母板用于完成中频信号采样和数字下变频；子板与SPI控制总线双向连接，用于完成射频信号的接收和将射频信号转换为中频信号；FPGA模块与USB控制模块通过GPIF接口双向相连，用于将下变频后的数据传入USB控制模块，继而将数据传输至PC机进行信号处理；A/D转换模块和FPGA模块之间采用并行数据线双向连接，用于信号的A/D转换；USB控制模块通过SPI接口与A/D转换模块连接，并对A/D转换模块进行配置和运行控制；PC机与子板和母板之间通过SPI接口双向连接，用于运行系统软件并完成相关的波形处理。