FPGA的虚拟无线电射频前端及PCIe接口设计

陈先生528

摘要.
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
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
3 o7 i, x+ v6 J8 s/ r! I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
; O5 _' U6 x/ t& |: K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
; _# ^( l9 x$ W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
& ^9 I9 D& ]: u; n2 t接口的虚拟无线电射频前端板卡。
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
" c; Z. }* m7 f. }$ Z. p/ @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，
6 g0 Q8 g4 K4 u9 l# ^& N6 m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
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
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
% ?8 l( m8 g  x# {" a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
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。
、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)
" k- |! h  a) G3 r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
- v8 ?" c9 x* D, J* 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
( i! j, ?; k# z& o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
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。
$ ?) {% ^2 ~/ M/ S- z7 [' K9 `7 |关键字:软件无线电，虚拟无线电，PCI Express, FPGA, 射频前端

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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。