（信息与通信工程专业论文）tsnmt无线试验平台的构建及试验研究.pdf

t h et s n m tw i r e l e s st e s t e x p e r i m e n at h e s i ss u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y m al e i ( i n f o r m a t i o na n d c o m m u n i c a t i o ne n g i n e e r i n g ) t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r l i a n gd e q u n j u n e 2 0 1 1 撰写 以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开 发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 勿磊 学位论文版权使用授权书 易4 ，年占月弓一f i 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密彳( 请在以上方框内打”) 一1 论文作者签名：约磊 导师签名 日期：莎，年7 月多f i i j 中文摘要 摘要 随着数字通信和信息技术的发展，无线通信已经成为信息通信领域中发展晟 快，应用最广的通信方式。无线通信通常采用的调制技术有f s k 、a s k 、p s k 、 o f d m 等，鉴于正交频分复用( o f d m ) 良好的抗多径衰落的性能，已成为当前 无线通信中的主流的调制技术之一。但是，随着互联网、物联网、云计算等网络 技术的不断发展，接入的瓶颈效应凸显。调制作为接入系统中的关键环节承担着 提高传输效率的主要角色。即使被认为最适合无线接入的调制方法o f d m 其效率 和相关的技术问题仍然困扰着通信业界。由梁德群教授提出的时移非正交多载波 调制技术( t i m e s h i f tn o n o r t h o g o n a lm u l t i c a r r i e sm o d u l a t i o n ，t s n m t ) ，一方面 继承了o f d m 的良好的抗多径衰落的性能；另一方面，由于引进了时移特性，突 破了正交性的限制，使其传输效率得到了很大的提高，在峰值均值比( p a p r ) 、能 量消耗和抗频移等技术性能上全面优于o f d m 。因此，t s n m t 是在数字通信领 域表现出巨大优越性的和具有无限潜力的数字调制技术。 t s n m t 已经进行了长期的理论研究和计算机仿真，包括在有线、无线、移 动、卫星信道，并且已经在n m t - s 3 b 有线物理样机上实现了，证明了t s - n m t 的可行性和先进性。但是由于条件的因素，一直未能完成无线信道的传输实验， 这对t s - n m t 走向实用化是一个重要缺口。本文是在前面的理论研究和前几届硕 士在无线信道上进行了仿真研究的基础上，在以s i g n a l w a v e 开发板为核心的无线 通信系统平台下验证t s - n m t 的传输性能。第一，建立以s i g n a l w a v e 开发板为核 心的无线通信系统，包括混频器、滤波器、发射机和接收机等。第二，半在线实 验。通过m a t l a b 设计t s - n m t 码元和o f d m 的码元，将产生的数据经过真实 的无线信道后，在将数据传送到p c 上位机进行解调；整个实验包括调制、无线信 道、同步、信道估计、解调等环节。第三，基于d s p 的t s - n m t 调制解调算法的 实现；将t s - n m t 的调制解调、时域同步、频域同步、信道均衡等算法移植到d s p 中，为以后t s n m t 在工程上的应用打下基础。 关键词：时移一多载波调制技术；正交频分复用；信道估计；d s p - i r 1 i iji i ； i i i 英文摘要 a b s t r a c t f o l l o w i n g t h e d e v e l o p m e n t o f d i g i t a l c o m m u n i c a t i o n sa n di n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y ，w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nh a sb e c o m et h ef a s t e s tg r o w i n ga n dm o s tw i d e l y u s e dm e a n si nt h ei n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o n sf i e l d t h ec o m m o n l yu s e d m o d u l a t i o nt e c h n i q u e si nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o na r ef s k ，a s kp s ka n do f d m ，e t c i nv i e wo ft h et e c h n i q u e s o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( o f d m ) h a sa g o o dp e r f o r m a n c ea g a i n s tm u l t i p a t hf a d i n g ，i th a sb e c o m et h em a i n s t r e a mm o d u l a t i o n t e c h n o l o g i e si nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n h o w e v e r , a st h ed e v e l o p m e n to f t h ei n t e r n e t ， i n t e r a c to ft h i n g s ，c l o u dc o m p u t i n ga n do t h e rn e t w o r kt e c h n o l o g i e s ，t h eb o t t l e n e c ko f a c c e s sb e c o m ep r o m i n e n t a sak e yi na c c e s ss y s t e m ，m o d u l a t i o nt e c h n o l o g yp l a y sa m a j o rr o l ei ni m p r o v i n gt r a n s m i s s i o nr a t e e v e ni ft h eo f d m a r ec o n s i d e r e da st h e m o s ts u i t a b l em e t h o do fw i r e l e s sa c c e s sm o d u l a t i o n ，i t se f f i c i e n c ya n di t sr e l a t e d t e c h n i c a li s s u e ss t i l lp l a g u et h et e l e c o m m u n i c a t i o n si n d u s t r y p r o f e s s o rl i a n gd e q u n b r o u g h tf o r w a r dt h et i m e - s h i f tn o n - o r t h o g o n a lm u l t i c a r r i e sm o d u l a t i o n ( t s - n m t ) ， o nt h eo n eh a n di ti n h e r i t st h eg o o dp e r f o r m a n c eo fa g a i n s tm u l t i p a t hf a d i n gf r o m o f d m ；o nt h eo t h e rh a n d ，b e c a u s eo ft h et i m e s h i f tf e a m r e ，i tb r e a kt h ec o n s t r a i n t so f o r t h o g o n a l i t y , s ot h a tt r a n s m i s s i o nr a t eh a sb e e ng r e a t l yi m p r o v e d ，i t sp e r f o r m a n c ea r e b e t t e rt h a no f d mi np e a kt oa v e r a g ep o w e rr a t i o ( p a p r ) a n dp o w e rc o n s u m p t i o na n d a g a i n s tf r e q u e n c y - s h i f t t h u s ，t s - n m ti s t h ed i g i t a lc o m m u n i c a t i o n sw h i c hh a v e u n l i m i t e dp o t e n t i a la n ds u p e r i o r i t yi nt h ed i g i t a lc o m m u n i c a t i o n sf i e l d t s n m th a s b e e nc a r r i e do u tt h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n dc o m p u t e rs i m u l a t i o nf o rl o n gt i m e ，i n c l u d i n g w i r e d ，w i r e l e s s ，m o b i l e ，s a t e l l i t ec h a n n e l s ，a n di th a sb e e nr e a l i z e do nt h en m t - s 3 b w i r e dp h y s i c a lp r o t o t y p e ，a n dh a sp r o v e di t sf e a s i b i l i t ya n ds u p e r i o r i t y h o w e v e r , d u et o t h ef a c t o r so ft h ee x p e r i e n c ec o n d i t i o n ，w es t i l lh a v eb e e nu n a b l et oc o m p l e t et h e w i r e l e s sc h a n n e lt r a n s m i s s i o ne x p e r i m e n t ，w h i c hl e a dt ot s - n m th a st h ep r a c t i c a lg a p o nt h eb a s i so ft h et h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n dt h ew i r e l e s sc h a n n e ls i m u l a t i o nb yg r a d u a t e s t u d e n t t h i st h e s i sw i l lt e s tt h et r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c eo ft s n m ti nt h ew i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n ss y s t e mp l a t f o r mw h o s ec o r ei st h es i g n a l w a v eb o a r d f i r s t ，e s t a b l i s ha w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sp l a t f o r mw h o s ec o r ei st h es i g n a l w a v eb o a r d ； i n c l u d i n gm i x e r s ，f i l t e r s ，t r a n s m i t t e r sa n dr e c e i v e r s s e c o n d l y , h a l f - o f fe x p e r i m e n t ；w e 英文摘要 u s et h em a t l a bt od e s i g nt h es y m b o lo ft h et s - n m ta n do f d m ，a n dt h e s y m b o lg ot h o u g har e a lw i r e l e s sc h a n n e l ，a n dd e m o d u l a t i o na f t e rr e c e i v et h es y m b o l d a t at ot h ec o m p u t e r , t h ew h o l ee x p e r i m e n ti n c l u d e sm o d u l a t i o n ，w i r e l e s sc h a n n e l ， s y n c h r o n i z a t i o n ，c h a n n e le s t i m a t i o na n dd e m o d u l a t i o n t h i r d l y , t s - n m tm o d u l a t i o n a n dd e m o d u l a t i o na l g o r i t h mi m p l e m e n ti nt h ed s p ；t h et s - n m tm o d u l a t i o na n d d e m o d u l a t i o n ，t i m es y n c h r o n i z a t i o n ，f r e q u e n c ys y n c h r o n i z a t i o n ，c h a n n e le q u a l i z a t i o n a l g o r i t h m sd e s i g n e di nd s p , s o t h a ti ti st h eb a s i sf o rt h ef u t u r ee n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n s o ft h et s n m t k e yw o r d s ：t s - n m t ；o f d m ；c h a n n e le s t i m a t i o n ；d s p 目录 目录 第1 章绪论1 1 1 论文背景及意义。1 1 2 本人主要工作3 第2 章数字通信物理实验平台的介绍4 2 1 传统数字通信物理实验平台4 2 2t s n m t 过去的物理实验平台5 2 2 1t s - n m t s 3 b 有线物理样机5 2 2 2 无线物理样机6 2 3 本试验采用的t s n m t 无线实验物理平台7 2 3 1s i g n a l w a v e 开发板简介7 2 3 2s i g n a l w a v e 开发板的核心模块9 2 3 3 无线通信系统平台1 的建立一1 4 2 3 4 无线通信系统平台2 的建立15 第3 章t s n m t 与0 f d m 的基本原理1 7 3 1t s - n m t 的技术原理1 7 3 1 1t s n m t 的调制解调原理1 7 3 1 2 方程组的病态性问题2 l 3 2o f d m 的基本原理2 2 第4 章无线信道估计及其相关技术2 5 4 1 室内无线信道环境2 5 4 2 信道估计2 6 4 2 1 信道估计的基本介绍2 6 4 2 2 传统的信道估计方法2 7 4 2 3 本试验用到的信道估计方法2 9 4 3 信道估计测试信号的选择3 0 4 3 1o f d m 导频信号31 4 3 2 限带冲击信号3 1 4 3 3 基于t s n m t 测试信号3 2 4 4 信号拖尾测试3 3 第5 章t s n m t 在无线通信系统上的半在线试验及其算法在d s p 中的实现。3 9 5 1 基于无线通信系统平台1 的t s - n m t 实际物理信道试验3 9 目录 1 信源及信号定标3 9 2 加性波预处理3 9 3t s n m t 调制4 1 4 相位扰码4 3 5 插入保护间隔和测试信号4 4 6 插入时域同步信号和频域同步信号4 6 7 经过调制后的发送信号4 9 8 无线信道模型51 9 噪声5 1 1 0 时域同步和频域同步5 4 1 1 信道估计和信号补偿5 7 5 1 1 2t s - n m t 解调6 0 5 1 1 3t s n m t 与o f d m 在同等条件下的性能比较6 0 5 2 无线通信系统平台2 的性能测试6 4 5 2 1 无线通信系统平台2 的不稳定问题6 4 5 2 2 无线通信系统平台2 的限幅问题6 5 5 3 基于d s p 的t s n m t 调制解调算法6 7 5 3 1t s - n m t 的码元结构设计6 7 5 3 2t s n m t 的调制解调算法的总流程图一6 8 5 3 3 上位机软件操作流程以及与d s p 的通信7 l 5 3 4 实验结果及分析7 3 结论7 4 参考文献7 5 致 射7 8 研究生履历7 9 t s - n m t 无线试验平台的构建及试验研究 第1 章绪论 1 1 论文背景及意义 近年来，我国移动通信业务迅猛发展，已经深入到社会生活中的方方面面。 通信技术，特别是现代无线通信技术，在当今信息社会中发挥着非常重要的作用。 随着电信业务向综合化、数字化、智能化、宽带化和个人方向发展，人们对电信 业务多样化的要求也不断提高。如何利用现有的网络资源增加业务类型并提高服 务质量，已经成为电信专家和运营商日益关注研究的课题，“最后一公里解决方 案是大家最关心的焦点【l 】，因此接入网成为网络应用和建设的热点。所谓接入网， 是指骨干网落到用户终端之间的所有设备，其长度一般为几百米到几公里。由于 骨干网一般采用光纤结构，传输速度快，因此，接入网便成为整个网络系统的瓶 列2 1 。而调制技术是影响接入网传输速度的关键环节，因此如何选择最佳的调制方 式是解决接入网传输速度慢的重中之重。 随着通信技术的发展，出现了很多通信方式，在有线通信领域里x d s l 铜线回 路接入技术，无线领域中有蓝牙、w i f i 、w i m a x 、3 g 和4 g 等等。这些通信方式 在人们日常生活中，都发挥了重要的作用。这些通信方式采用了很多传统的调制 技术，如p a m 、m a s k 、f s k 【3 1 、p s k 、q a m 和o f d m 4 1 。这些调制技术都是在 2 0 世纪7 0 年代之前提出来的，在当今通信领域仍然被广泛研究和使用，我们也迫 切要求出现新的调制技术来迎合时代的发展。随着人们对信息技术的需求越来越 高，提出高传输速率，高频带利用率以及更强的抗多径性能的调制方式成为现在 无线通信发展的重点。 在当前能提供高速率传输的各种无线解决方案中，以正交频分复用( o f d m ) 为 代表的多载波调制技术被认为是最有前景的方案之一。o f d m ( o r t h o g o n a l f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 是第四代移动通信系统的核心技术，他标志着当前 传统的调制技术已经达到了一个峰点。o f d m 之所以受到如此重视，是因为它与 传统的单载波调制技术相比有以下优点：第一，可以有效对抗多径衰落，有利于 接收；第二，o f d m 系统允许子信道的频谱相互重叠，可以节省频谱资源；第三， 道频谱之间的非正交性，使得t s n m t 比o f d m 具有更高的信息传输速率和频带 利用率以及更强的抗多径能力。经过大连海事大学信号与图像处理研究所上几届 博士研究生和硕士研究生的共同努力，已经通过计算机仿真对t s - n m t 在有线、 无线、移动、卫星信道上的应用作了全面的研究【8 9 】，并且t s - n m t 已经在有线物 理实验平台上进行物理实验验证，证明了t s - n m t 的可行性和优越性【1 0 - 1 2 1 。为了 更好的验证t s - n m t 在无线信道上的传输性能，我们有必要建立符合要求的无线 物理实验平台来进行无线物理实验。 目前，由于无线通信的飞速发展，人们迫切要求出现新的调制方式来满足更 高速率的业务。t s - n m t 的提出可以满足人们这种迫切的需求，因此我们需要验 证t s - n m t 在实际的无线通信系统中传输的效果。到目前为止，我们虽然已经通 过计算机仿真来验证了t s n m t 在无线信道传输的可行性与先进性，但是还没有 完成实际的无线物理信道实验对其性能进行验证。本论文就是进一步研究t s n m t 在实际无线信道上的特性，并与现在主流调制技术o f d m 的性能进行对比，从而 验证t s n m t 比o f d m 的性能更优越，同时为了将t s n m t 工程化，我们还需要 将t s - n m t 的调制解调算法移植到d s p 中，这对现代通信的发展有着非常重要的 意义。 2 t s - n m t 无线试验平台的构建及试验研究 1 2 本人主要工作 本论文的研究内容来源于国家自然科学基金资助项目“数字通信中的调制框 架的研究”( 6 0 7 7 2 1 6 0 ) 、大连市攻关项目“基于非正交多重调制技术( n m t ) 的有线 宽带接入调制解调器的研制 。 为了验证前面所讲到的t s n m t 比o f d m 具有更广阔的前景，本人的主要工 作首先是建立无线通信系统实验平台，接着利用m a t l a b 根据实际无线通信系统 平台的要求进行t s n m t 信号的设计，试验并选择出最合理的信道估计方法，然 后利用l y r t e c h 公司的s i g n a l w a v e 开发板和大连海光公司的无线发射机无线接收机 组成的系统平台来验证t s n m t 在实际无线信道上应用可行性，从而完成t s n m t 与o f d m 的性能对比。最后设计出t s n m t 向s i g n a l w a v e 开发板的d s p 移植的 程序，为以后完全脱离上位机系统更好的验证t s - n m t 的传输性能打下良好的基 础。 本人的具体工作如下： ( 1 ) 建立以s i g n a l w a v e 开发板为核一t l , 的两种无线通信系统平台。 ( 2 ) 根据实际的无线通信系统，设计测试信号以及选择出最合理的信道估计方 法。 ( 3 ) 利用以s i g n a l w a v e 开发板为核心的无线通信系统平台1 完成t s n m t 在 无线信道上的半在线物理试验。在上位机通过m a t l a b 编写t s - n m t 以及o f d m 的调制解调程序。其中的模块包括信源产生、波形预处理、调制、插入时域同步 信号、频域同步信号和保护间隔、接收滤波器、时域同步、频域同步、信道估计、 信号补偿、解调和计算误比特率。在相同的发送功率、信号带宽、噪声和误码率 的条件下，对二者的性能进行比较，从而证明t s - n m t 在数据传输率、频带利用 率等方面的优越性。 ( 4 ) 将t s - n m t 的调制解调算法、时域同步算法、频域同步算法以及信道估计 算法等编写c 语言程序，并将程序移植到s i g n a l w a v e 开发板的d s p 中，为t s - n m t 完全移植到物理样机中打下基础。 3 优化而设计的平台，例如目的在于测试信道编码方式的性能，就可以省去信源编 码以及加密等环节，使得创建的通信系统平台以更简单的方式进行测试信道编码 的效果。对于信道的分类，还可以建立有线物理实验平台和无线物理实验平台。 有些物理实验平台只需要在基带完成就可以，而另外一些就需要在射频上完成， 因此传统的数字通信物理试验平台的搭建要根据实际的实验目的来进行选择。 当前数字通信物理试验平台中的信息和信号处理部分主要由d s p 和f p g a 组 成。由于大规模集成电路的发展，d s p 芯片具有极其强大的数字信号处理能力。 f p g a 具有并行性特点可以大大提高信号处理速度，而且编程的灵活性使得f p g a 越来越受到数字通信实验平台的青睐。一般来讲传统的无线通信系统平台都有其 核心的开发板，这个开发板的核心芯片就是d s p 或者f p g a 或者二者的组合。 4 t s - n m t 无线试验平台的构建及试验研究 2 2t s - n m t 过去的物理实验平台 2 2 1t s n m t s 3 b 有线物理样机 t s n m t - s 3 b 有线物理样机是由北京良桑公司完成的，该物理样机主要是测 试t s - n m t 在1 0 0 米5 撑类信号线上的传输性能。该样机主要是以d s p 为核心设计 的，d s p 主要完成了t s - n m t 的调制解调算法、信道均衡算法以及数据判决算法 等。该物理样机的开发板上还有一块f p g a 芯片，该芯片主要负责发送调制好的 数据和接收数据的一个数据通路。该物理样机的其开发环境是采用t i 公司的c o d e c o m p o s e rs t u d i o ( c c s ) 。t s n m t - s 3 b 物理样机系统框图如图2 2 所示。 j t a g 仿真器 发送端p 剖d s p 调制模 p cu a t r 媚l 块 接收端p 掣d s p 解调模 p c u a t r 接巳i块 j t a g 仿真器 e m l f 总线 t xf i f o f p g a 接口模块 r xf i f o t x a f e 模拟前端 模块 r x a f e 图2 2t s - n m t s 3 b 样机系统构成 f i g 2 2s y s t e mc o m p o n e n to f n m t - s 3 bp r o t o t y p e d 该物理样机采用两种实验方案： ( 1 ) 半在线仿真实验，该实验是利用上位机软件m a t l a b 产生需要发送的数 据，然后下载到d s p 中进行调制，然后经过d a 输出模拟信号，信号经过1 0 0 米 的5 群双绞线，在接收端经过a d 接收到接收端的d s p 中，然后进行解调，最后将 解调出来的数据传给接收端的p c 机上进行误码率与传送率的统计。 ( 2 ) 实际有线物理信道实验，该实验是完全在d s p 中完成调制解调以及统计 误码率的，首先是在d s p 中产生发送的数据然后进行t s o n m t 调制，之后经过 d a 形成模拟信号，通过1 0 0 米5 撑信号线，经过a d 传输给接收端的d s p 进行 5 图2 3 信道模型无线物理样机 f i g 2 3s y s t e mc o m p o n e n to f w i r e l e s sc h a n n e lp r o t o t y p e 6 发射天线 接收天线 t s - n m t 无线试验平台的构建及试验研究 2 3 本试验采用的t s - n m t 无线实验物理平台 由于北京良桑公司提供的n m t - s 3 b 有线物理样机的核心芯片d s p 是t i 公司 的t m s 3 2 0 c 6 4 1 6 定点处理器，其精度比较低，而且该样机的f p g a 只能作为发送 数据和接收数据的通路，并没有发挥f p g a 数字信号处理的功能。因此我们选用 了加拿大l y r t e c h 公司提供的s i g n a l w a v e 开发板，本试验采用的无线物理实验平台 是以s i g n a l w a v e 开发板为核心的。我们前后建立了两个无线物理实验平台，其中 无线物理实验平台1 包括大连海光公司提供的无线发射机，无线接收机以及收发 天线，美国m i n i 公司提供的混频器，合肥博仑有限公司提供的滤波器等设备搭建 而成的；无线物理实验平台2 是由大连环宇阳光集团提供的无线收发机系统。这 两种无线通信系统还要有p c 上位机的配合，将上位机设计好的数据通过这套无线 通信系统，最终将接收回去的数据在上位机上进行处理得到最终结果。由于时间 关系本文中做的t s n m t 与o f d m 的传输性能的对比实验是在无线物理实验平台 l 下进行的，对于无线物理实验平台2 我们只进行了相应的系统性能的实验。本节 我们首先介绍一下s i g n a l w a v e 开发板以及其主要功能模块，然后在介绍建立的两 个无线通信系统平台。 2 3 1s i g n a i w a v e 开发板简介 s i g n a l w a v e 开发板是用来开发和测试数字信号处理算法以及实时的软硬件设 h , - t 1 6 1 1 7 1 ，它主要用于音频( a u d i o ) 、视频( v i d e o ) 、无线( i f ) 等的处理。s i g n a l w a v e 开发板主要特征包括一个2 2 5 m h z 的t i 公司的t m s 3 2 0 c 6 7 1 3 、一个3 百万门的 x i l i n xv i r t e x i if a m i l yf p g a 、高速的a d c d a c 、视频编码器和解码器、音频c o d e e 多媒体数字信号编码器、三个3 2 m 的s d r a m 。其基本硬件结构图如图2 4 所示： 7 根据图2 4 所示的s i g n a l w a v e 开发板的硬件功能结构图，我们可以将 s i g n a l w a v e 分为7 个主要的硬件功能模块【1 8 】： ( 1 ) 主机接口模块：该模块主要是有独立的以太网1 0 0 b a s e t 的p h y 芯片和 集成在微处理器芯片上的r s 2 3 2 串行接e 1 ，主机接1 2 1 模块主要是负责s i g n a l w a v e 开发板与p c 机之间的通信。 ( 2 ) m c u 模块：m c u 模块使用了a m d 公司的e l a n s c 5 2 0 微处理器芯片，它 主要负责l c d 显示及与主机之间的接口和开发板上自身操作系统的运行。 ( 3 ) l c d 模块：l c d 液晶模块主要用来显示i p 地址，初始化进程以及相关文 件下载的。 ( 4 ) 数字信号处理模块：数字信号处理模块是由x i l i n xv i r t e x i if a m i l yf p g a 芯片和d s pt it m s 3 2 0 c 6 7 1 3 芯片组成的核心硬件模块。 ( 5 ) 模拟前端模块：该模块负责最高6 5 m h z 的模数转换和最高1 2 5 m h z 的数 模转换。 ( 6 ) 音频输入输出模块：该模块内嵌t i 公司的p c m 3 0 0 8 立体声编解码芯片， 8 t s - n m t 无线试验平台的构建及试验研究 允许1 6 b i t 的音频信号的输入输出，通过1 8 英寸的立体声接口插座分别连接输入 和输出模拟信号。 ( 7 ) 视频输入输出模块：该模块主要负责由a d i 公司生产的a d v 7 1 7 1 芯片把 来自信号处理模块的i t u rb t 6 0 1 6 5 6y c r c b 格式的数字视频信号转化成 p a u n t s c 制式的模拟视频信号输出到r c a 接e 1 ；p h i l i p s 公司的s a a 7 1 1 a 加强 型视频输入处理器芯片负责把来自r c a 接口的p a l n t s c 制式的模拟视频信号转 换成数字信号，然后再送到数字信号处理模块作进一步的数字信号处理【1 9 】。 2 3 2s i g n a i w a v e 开发板的核心模块 s i g n a l w a v e 开发板的核心模块主要是d s p 模块和f p g a 模块以及a d d a 模 块。而我的实验中f p g a 只是作为一个实验通路，并没有进行数字信号处理，这 里主要介绍一下f p g a 和a d d a 模块和d s p 以及上位机软件的功能。 ( 1 ) x c 2 v 3 0 0 0f p g a s i g n a l w a v e 开发板采用的是x i n l i n x 公司提供的v i r t e s i i 系列的x c 2 v 3 0 0 0 f p g a 芯片，它包含5 个单元模块【1 4 】： 可配置逻辑块( c l b ) c l b 是f p g a 内的基本逻辑单元。实际数量和特性会依器件的不同而不同， 但是每个c l b 都包含一个由4 或6 个输入、一些选型电路( 多路复用器等) 和触发 器组成的可配置开关矩阵。c l b 提供了逻辑性能，灵活的互连布线在c l b 和i 0 之间发送信号。 s e l e c t l o ( i o b ) 当今的f p g a 可支持多达2 4 类i 0 标准，f p g a 内的v o 按组分类，每组都 能够独立的支持不同的v o 标准，这样就实现了v o 支持的灵活性。 存储器 大多数f p g a 均提供嵌入式b l o c kr a m 存储器，这可以在设计中实现片上存 储器，并且这些存储器可以支持真正的双端口操作。 完整的时钟管理 大多数f p g a 均提供数字时钟管理。x i l i n x 推出的最先进的f p g a 提供数字 9 第2 章数字通信物理实验平台的介绍 时钟管理和相位环路锁定。相位环路锁定能够提供精确的时钟综合，且能够降低 抖动，并能够实现过滤功能。 乘法专用模块 x i l i n i x 公司的v i r t e x i i 系列集成了一定数量的片内b l o c kr a m ，还集成了 1 8 x 1 8 的乘法器，乘法累加次数可以达到每秒上千亿次。 ( 2 ) s i g n a l w a v e 的a d c d a c s i g n a l w a v e 开发板的模拟自i f 端由一个模数转换器( a d c ) 和一个数模转换器 ( d a c ) 组成。其中a d c 使用的是1 4 位的模数转换器芯片a d 6 6 4 4 ，该芯片的采样 频率范围是1 5 m h z 6 5 m h z ，输入直流偏置+ 1 2 m v ，输入阻抗5 0 q ，a d c 前端 具有可编程增益放大器c l c 5 5 2 3 和差分输出缓存器a d 8 1 3 8 ，a d c 前端5 0 qb n c 连接器的输入电压在可编程增益旁路时的输入范围是2 2 5 v p p ，而当可编程增益设 置为最大值时的输入电压峰值为1 0 mv r m s 15 1 。a d c 模拟输入端结构如图2 5 所示： 图2 5a d c 模拟输入端结构图 f i g 2 5a d cs e c t i o ni n p u ta n a l o gp a t h s i g n a l w a v e 开发板中的d a c 模拟输出端结构如图2 6 所示。d a c 采用的是 并行1 4 - b i t 的数模转换器a d 9 7 5 4 ，最大采样频率是1 2 5 m h z ，直流偏移为4 0 m v ， 差分输出信号被输出缓存器a d 9 6 3 2 转换为单端信号，再经5 0 q 的b n c 连接器 传送给驱动放大器输入端，输出阻抗为5 0 q 【1 9 1 。当可编程增益设置为最大值时的 1 0 t s - n m t 无线试验平台的构建及试验研究 输出电压峰值为1 v r m s ，增益设置为最小值时的输出电压峰值为2 3 0 m v r m s ，模拟 输出带宽为d c 6 2 5 m h z 。 图2 6d a c 模拟输出端结构图 f i g 2 6t h ea n a l o go u t p u tp a t ho fd a c ( 3 ) d s p 模块 在s i g n a l w a v e 开发板上所采用的d s p 芯片是t i 公司生产的t m s 3 2 0 c 6 7 1 3 。 t m s 3 2 0 c 6 7 1 3 是一款3 2 位浮点d s p ，其主频可达3 0 0 m h z ，处理速度高达 2 4 0 0 m i p s 18 0 0 m f l o p s 。 t m s 3 2 0 c 6 7 1 3 的c p u 内核为哈佛结构，取指与取数通路是分离的，并且可同 时进行，有两个数据通路包含4 个功能单元和1 6 个3 2 位寄存器堆。功能单 元d 1 、m 1 、s 1 、l i ( 数据通路a ) 和d 2 、m 2 、s 2 、l 2 ( 数据通路b ) 用于完成算 术、逻辑运算和数据存取等操作【2 0 1 ，而寄存器堆则用于暂存操作数。 在t s - n m t 的半在线的无线通信系统试验中，d s p 主要负责对f p g a 、 s d r a m 、a d c d a c 、a u d i oc o d e c 等的初始化。然后d s p 是通过e m i f ( 夕f 部存储 器接m ) t 2 1 】接i s l 来和s d r a m 、f p g a 等完成数据通信的。为了更好的验证t s n m t 在无线物理试验样机上的性能，我的工作要将t s o n m t 的调制解调算法、时域同 步算法、频域同步算法以及信道估计算法等程序移植到d s p 中，为下一步实现一 个完整的无线物理通信系统打下良好的基础。t m s 3 2 0 c 6 7 1 3 在s i g n a l w a v e 开发板 第2 章数字通信物理实验平台的介绍 中的存储器映射表【2 2 【2 3 1 如表2 1 所示。 表2 1d s p 存储映射 t a b 2 1d s pm e m o r y m a p s t a