（通信与信息系统专业论文）gmctddxdma系统中多载波传输方案的硬件实现和usb总线接口的开发.pdf

东南大学硕士学位论文 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：丝鲨坌垒日期： 护口彬专w 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：卫立刍鱼二导师签名：鱼璺日 期：鲨! ：! ： y 一 摘要 摘要 近几年来，移动通信在全球范围内发展迅猛，第三代移动通信系统逐渐进入商用，但仍将不能 满足移动用户日益增长的需要，有必要研究能更好的支持非对称业务、宽带多媒体、i n t e m e t 及综合 业务的高速移动无线通信技术。根据8 6 3f u t u r e 研究计划拟订的关于新一代蜂窝移动通信系统的研 究目标以及国内外研究发展的状况和趋势，东南大学移动通信国家重点实验室提出广义多载波时分 双工混合多址蜂窝移动通信传输技术，其初期目标实现峰值传输速率不低于2 0m b p s 的高效分组数 据传输。 本论文在此背景下，根据e m c 电磁兼容性设计与信号完整性设计的原则，对实验验证系统中的 多载波传输方案的硬件设计和u s b 总线接口进行了较为深入的研究。实验验证系统由基带发送、基 带接收、主控三部分构成。基带发送部分由t xd m s 单板构成，包括1 2 路单载波的基带处理部分、 多载波合成滤波器，以及d a 变换部分组成，实现各子载波基带发送、多载波合成滤波器组、以及 数模转换，产生发送模拟基带信号，送到发送射频系统；基带接收部分由r xa m s 板和一块r xs p 板构成，r xa m s 板包括对应四根接收天线的四组a d 变换器，以及四个接收多载波分析滤波器组 和同步模块，i a m s 板接收来自接收射频系统的四路模拟基带信号，实现模数转换、多载波合成 滤波器组和时间同步，产生同步的各子载波数字基带信号，送到r xs p 板，再由r xs p 板实现各 个子载波数字基带处理。主控板( m p u ) 是用于完成系统的控制、信令处理、多媒体业务接入以及与 系统相关的控制和管理任务。u s b 接口电路承担系统中业务平面传递任务，外部业务终端基于i p 分 组包格式的多媒体业务通过u s b 接口接入无线通信系统。 在论文工作期间，参与完成了r xa m s 板和t xd m s 板的设计、制作、测试和调试，主要承 担a d c 电路、d a c 电路、l v i ) s 传输方案、f p g a 下载引导电路等模块的设计与调试，独立完成了 u s b 2 o 接口的设计与调试：承担了基带系统的联调以及和基带与射频模块的联调的许多实际工作。 本文详细阐述了t xd m s 板和r xa m s 板的布局，电源、电源退耦方案、时钟方案、f p g a 下载电路、数，模转换和模数转换电路、背板数据信号的l v d s 传输方案和u s b 总线接口的设计， 对信号完整性的设计原则进行了论述，并对硬件实现的进行了信号完整性分析。 本文给出了相应电路模块的测试方案和测试数据。通过d a c _ a d c 数据通道的回路测试，测得 在采样率为2 3 0 4 姗z 时1 4 4 删z 单频信号时的有效位数为9 位；l v d s 数据传输速率可达到9 0 m h z ： u s b 2 o 接口电路的单向传输速率最高可达2 0 0 m b p s 。电路设计取得了预期的效果，满足了系统设 计要求。 关键词：多载波传输数模转换模数转换u s b 接口f p g a 电路设计印刷电路板信号完整性 b 弱eb a n dp r o c e s s m p ub o a r di sr e s p o n s i b l ef o rs y s t e mc o n t r o l ，s i g n a l i n gp r o c e s s ，m u i t i - m e d i as e r v i c e a c c e s s i n ga j l d0 t h e rc o n t r o la n dm a n a g e m e n tr e l a t i n gt ot h es y s t e m u s bi m e r f a c eb o a r du n d e n a k e ss y s t e m t r 椭ct r a j l s f e r ，w h i l et h em u l t i m e d i at r a 伍cb a s e do ni pp a c k e to fe x t e m a l t e 硼i n a l i sa c c e s s e di n t 0t h e w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ss y s t e mt h r o u g hu s bi n t e r l a c e t h ea u t h o rh 弱甜e n d e dt h ed e s i g n ，1 a y o u t ，t e s ta i l dd e b u g g i n go fj t h er x a m sb o a r da n dt h e t x _ 】) m sb o a r d ，a n di sm a i n l yr e s p o n s i b l ef o rt h ed e s i g na n dd e b u g g i n go fs u c hm o d u l e sa st h ec i r c u i to f a d ca n dd a c ，t h el 、，d ci n t e r f a c ea n df p g ad o w n l o a d i n gc i r c u i t t h ea u t h o rh a si m p l e m e n t e dt h e d e s i g na n dd e b u g g i n go ft h eu s b 2 oi n t e r f a c e a l s o ，h et a k e sp a r ti nt h es y s t e md e b u go ft h eb a s e b a n d s y s t e ma n dt h ei o i n to ft h eb 笛e b a n ds y s t e ma n dt h er fm o d u l e t h i st h e s i sp r e s e n t si nd e t a i lt h ea 盯a n g e m e n t s0 ft xd m sa n dr xa m s ，p o w e rm o d u l e ，d e c o u p l e o fp o w e r c l o c kd i s t r i b u t i o n ，f p g ad o w n l o a d i n gc i r c u i t ，d i g i t a l - a n a l o a n a l o g d i g i t a lc o n v e n e r s ，l v d s t r a n s m i s s i o no fb a c k p l a n e ，a n du s bi n t e m l c e t h i st h e s i sd e a l sw i t hs i g n a l i n t e g r 时d e s i g nf o rt h e h a r d w a r er e a l i z a t i o n ，a i l de l a b o r a t e st h ed e s i g np r i n c i p l e so ft h ep c b sa sw e l l i na d d i t i o n ，t h ec o r r e s p o n d i n gt e s t i n gp r o g r a ma 1 1 dt e s td a t aa r ea l s op r o v i d e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h e n u m b e ro fv a l i db i t si s9f o rt o n es i g n a l i nt e s to fd a c - a d cl o o pw i t ht h es a m p l er a t e2 3 0 4m h z t h e w o r k i n gf l r e q u e n c yo fl v d si sm o r et h a n9 0 m h za n dt h eo n e - w a yb i tr a t eo ft h i su s b 2 0i n t e r f a c eb o a r d h a sr e a c h e d2 0 0 m b p s t h ed e s i g no ft h ec i r c u i th a sa c h i e v e dt h ep r e d i c t e dp u r p o s ea n dc a nm e tt h e r e q u i r e m e n to ft h es y s t e m k e y w o r d s ： m u l t i c a r r i e rt 聊s m i s s i o n ，u s bi n t e 血c e ，f p g a ，p c b ，a d c ，d a c ，s i g n a li n t e 掣时 i i 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i l 目录i i i 第一章引言1 1 1 研究背景1 1 2g m c t d d x d m a 系统简介2 1 3g m c t d d x d m a 实验验证系统简介2 1 4 论文工作的主要内容4 第二章g m c _ t d d x d m a 实验验证系统5 2 1 基带硬件系统总体框架5 2 2r x a m s 板设计：7 2 2 1r xa m s 板功能定义8 2 2 2 内部连线及外部接口定义8 2 3t x d m s 板设计1 3 2 3 1t x d m s 板功能定义1 4 2 3 2t x d m s 板内部连线及外部接口定义1 4 第三章p c b 设计：1 9 3 1p c b 布局1 9 3 2 电源系统和叠层2 0 3 2 1 功耗2 l 3 2 1 1 静态功耗与动态功耗2 l 3 2 1 2f p g a 的功耗2 2 3 2 2 电源模块2 4 3 2 3 叠层2 7 3 3f p g a 的配置2 8 3 4 背板接口2 9 3 4 1l v d s 技术简介2 9 3 4 2l v d s b l v d s 的典型应用2 9 3 4 2 1l v d s 的典型应用2 9 3 4 2 2 总线l v d s 的典型应用3 1 3 4 3l v d s 的设计规则3 2 3 4 4l v d s 的测试结果3 4 3 5f p g a 的热插拔3 5 3 6 时钟3 6 3 7d a c 3 8 3 8a d c 4 1 3 9 对d a c 和a d c 进行测试“ 第四章u s b 总线接口的开发4 7 4 1u s b 协议与u s b 芯片4 7 i l l 目录 4 2 硬件设计 4 3 固件设计 4 4 驱动程序设计 4 5 上层应用软件的设计 4 6 测试 第五章信号完整性设计 5 1 频率、时间和距离 5 1 1 截止频率 5 1 2 传输延时 5 1 3 集总的系统与分布式的系统 5 2 传输线 5 3 阻抗匹配 5 4 信号回流路径和串扰 5 5 电源完整性设计 5 5 1 简介 5 5 2 电容的特性和使用 5 5 3 电源平面的电容与电感 5 5 4 装配电感 5 5 5 电容的有效频率范围、 5 5 6 如何选择电容 5 6 时钟 5 6 1 几种常见的时钟源 5 6 2 时钟的参数 5 7 功率和散热7 7 5 8 电磁干扰7 8 5 8 1 环路7 8 5 8 2 滤波7 9 5 8 2 1e m i 滤波器7 9 5 8 2 2 铁氧体噪声抑制器7 9 5 8 3 响应速度8 1 第六章总结与展望8 3 致谢8 4 参考文献8 5 i v 第一章引言 1 1 研究背景 第一章引言 第三代( 3 g ) 移动通信系统从2 0 0 1 年起先后在日本和韩国投入商用，因最大2 m b p s 的通信能 力而显得魅力十足。但近几年来，随着移动通信在全球范围内发展迅猛，移动用户数的增长超出了 预期，移动业务也正从话音业务向以工p 接入和多媒体业务为主的方向发展，手持移动终端将逐步 成为上网的主要设备之一。为高速业务和多媒体业务设计的第三代移动通信系统实际在通信的容量 与质量将远远不能满足要求，因此必须研究能更好支持非对称业务、宽带多媒体、i n t e r n e t 及其 综合业务的高速移动无线通信技术，提供高速率、高频谱效率、大容量和低成本的新一代无线多媒 体通信系统。 为适应未来业务发展的需求，下一代移动通信系统的目标将是1 】【2 】： 支持全i p 高速分组数据传输，数据速率为数十兆b p s 甚至数百兆b p s ； 支持高的终端移动性，移动速度高达每小时几百公里； 支持高的传输质量，数据业务的误码率低于1 0 一6 ； 提供高的频谱利用率，每赫兹数比特以上； 提供高的功率效率，发射功率降低1 0 d b 以上； 有效地支持在用户数据速率、用户容量、服务质量和移动速度等方面大动态范围变化。 新一代移动通信系统将是一个全i p 的网络结构，全工p 的网络结构同已有的移动网络相比具有根 本性的优点，i p 与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时就具有很大的灵活性，可以采 用多种无线接入方式，比如i e e e8 0 2 1 1 ，w c d m a ，b l u e t o o t h ，h y p e r l a n 等：新一代移动 通信系统的容量至少为3 g 系统的1 0 倍，下行信道的最高速率将达1 0 0m b p ，频谱利用率应当为3 g 系统的5 到1 0 倍；新一代移动通信系统能实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的无缝漫游，是 一个移动网络和无线接入网的融合体，它应能实现与无线l a n 的无缝连接；新一代移动通信系统将 采用分布式的接入方式，多天线技术具有至关重要的作用。 国内外有关第四代移动通信的研究已初见端倪。欧盟在前期研究计划( 第五框架研究计划) 的基 础上，成立了世界无线通信研究论坛，着手进行”i m t2 0 0 0 ” ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l e t e l e c o r n m u n i c a t i o n 一2 0 0 0 ) 之后的第四代移动通信的概念、需求与基本框架研究，并将把第四 代移动通信系统列入将于2 0 0 2 年启动的欧盟、第六框架研究计划”。日本总务大臣的咨询机构- 言 息通信审议会专门委员会，于2 0 0 1 年6 月1 5 日完成了继第三代移动通信系统”i m t2 0 0 0 ”之后 的第四代移动通信系统框架建议。韩国有关运营商和通信研究所也向政府提出了有关第四代移动通 信研究计划。在我国，第四代移动通信已被正式列入国家”十五8 6 3 ”研究计划，已于近期启动了名 为f u t u r e ( f u t u r et e c h n o l o q i e sf o ru n i v e r s a lr a d i oe n v i r o n m e n t ) 的未来移动通 信研究计划。 在i t u ( 工n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ) ，有关b e y o n d 工m t2 0 0 0 的概念 与需求研究于1 9 9 9 年被首次列入议事日程，2 0 0 1 年1 0 月在东京进行的工t ur w p 8 f 会议上，已收 到较多有关b e y o n di m t2 0 0 0 的研究提案，并初步明确了b e y o n di m t2 0 0 0 研究的基本框架。 1 1 ) 系统可在基本模式和扩展模式下工作。在基本模式下，可把总带宽( 连续或非连续) 为2 0 m h z 的信道分解成1 6 个3d b 带宽为1 2 8m h z 的基本子载波，通过1 6 个子带的滤波器 组( f i l t e rb a n k ) 进行多载波合路和分路，多载波滤波器组可通过本课题组的发明专利 技术一多相分解和f f t 快速实现；在扩展模式下，可把相邻的基本子载波合成为带宽为 3 8 4m h z 扩展子载波，可根据未来不同国家的频谱分配情况，灵活地分配不同的扩展子 载波，并可实现与3 g 系统的共存与后向兼容。 2 ) 采用t d d 双工方式，以方便地支持非对称数据业务。 3 ) 支持x d m a 混合多址方式：每个基本子载波或扩展子载波可采用t d m a 方式、多码道c d m a 方式、自适应调制编码、空时联合发送与联合检测、自适应时隙结构等技术以及它们之间 的相互组合，已达到支持高效分组传输之目的。 4 ) 采用极为灵活的x d m a 混合多址方式共享无线资源，每个移动用户可动态地占用一个或多 个基本子载波或扩展子载波，或占用一个子载波的一个或多个时隙、码道等，从而达到从 1k b p s 至1 0 0m b p s 的大动态范围传输的要求；并可通过不同小区间的基本子载波或扩 展子载波的灵活指配，避免t d d 系统所可能遇到的时隙碰撞问题。 5 ) 可扩展至多天线环境，通过设置多于发射天线数的接收天线，使系统频谱利用率线性提高， 或使发射功率线性降低，从而满足系统容量提高3 5 倍，发射功率降低1 0d b 以上之要 求。 1 3g m c t d d x d m a 实验验证系统简介 根据8 6 3f u t u r e 研究计划拟订的关于新一代蜂窝移动通信系统的研究目标以及国内外研究发展 的状况和趋势，东南大学移动通信国家重点实验室的高西奇教授提出广义多载波时分双工混合多址 蜂窝移动通信传输技术。 基于g m c t d d x d m a 无线传输链路基本传输技术的研究，需要开发能够验证基本方案和关键 技术的实验验证系统，实验验证系统的目的主要是验证g m c t d d x d m a 传输方案能否达到预定的 主要目标，并为后期研究开发提供必要的依据。 如图1 1 所示，整个g m c t d d x d m a 实验验证系统由一个接入点( a p ，a c c e s sp o i n t ) 和 两个移动终端( m t ，m o b i l et e r m i n a l ) 组成。其中a p 由固定台和接口组成，它能够接入外部 2 第一章引言 具备直接通信的能力。 图1 1g m c t d d x d m a 实验验证系统构成示意图 g m c t d d x d m a 系统是基于自适应链路技术、时分双工技术、混合多址技术、扩频技术的多载 波系统。上、下行链路均采用多载波方式，将连续或非连续的约2 0m h z 的总带宽分成若干个3d b 带宽为1 2 8m h z 的基本子载波或3 8 4m h z 的扩展子载波。考虑到未来上、下行链路业务量的不 对称性，系统采用配置十分灵活的时分双工( t d d ) 方式。各子载波中均可进一步采用t d m a 或c d m a 方式，以构成x d m a 混合多址方式。每个子载波、码道和时隙均可按需要分配给不同的移动用户， 信道的最小单位是一个子载波中的一个时隙中的一个码道，系统可根据业务的需求分配码道、时隙 和子载波数量。 本实验系统拟采用的扩频码片速率为1 2 8m c p s ( 基本子载波) 或3 8 4m c p s ( 扩展子载波) 。 拟采用自适应链路技术( 包括自适应编码调制、自适应时隙结构等) ，使系统能够根据应用环境( 如 信噪比、移动台移动速度等) 和业务要求的不同而自适应地调整链路参数，最大限度地提高无线资 源的利用率。 考虑到多天线环境下空时联合发送和联合检测的实现难度较大，完整的技术实验拟在f u t u r e 计划第二阶段进行。在本实验系统拟采用单天线发送，四天线接收的简化形式，可使系统容量较单 天线收发系统提高达2 倍。 为了显著改善无线传输特性，并进一步提高系统容量，本实验系统拟采用本课题组所发明的 t u r b o 接 图1 2 系统的硬件结构以及r ) ( j 州s ，t x d m s ，u s b l 0 2 o 板在系统中的位置 3 东南大学硕士学位论文 淼自顶向下 r a y ) 的 系统硬件平台由模拟前端、基带处理、系统主控c p u 、接口电路四个主要部分组成，如图1 整个系统的硬件设计利用e d a ( e l e c t r o n i cd e s i g na u t o m a t i o n ) 工具，采用 的设计方法，在链路仿真的基础上，设计基于f p g a ( f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r 硬件平台。 1 4 论文工作的主要内容 论文阶段的主要工作为，进行d m s 板，r ka m s 板，u s b l 0 2 o 板的设计、研制和调试工 作。图2 描述了整个验证系统的硬件结构以及r xa m s 板，t xd m s 板，u s b l 0 2 0 板在系统中 的位置。论文阶段的主要工作内容为，进行t xd m s 板，r xa m s 板，u s b l o 2 o 板的设计、 研制和调试工作【2 】【s 1 。 t xd m s 单板构成发送基带部分，包括1 2 路单载波的基带处理部分、多载波合成滤波器，以及 d a 变换部分组成。它的功能定义为：实现各子载波基带发送、多载波合成滤波器组、以及数模转 换，产生发送模拟基带信号，送到发送射频系统。 接收基带部分由r xa m s 板和一块r xs p 板构成，r xa m s 板包括对应四根接收天线的四组 a d 变换器，以及四个接收多载波分析滤波器组，还有在图中没有表示出来的同步模块。它的功能 定义为：r xa m s 板接收来自接收射频系统的四路模拟基带信号，实现模数转换、多载波合成滤波 器组和时间同步，产生同步的各子载波数字基带信号，送到r xs p 板，再由r xs p 板实现各个子 载波数字基带处理。 主控板( m p u ) 是用于完成系统的控制、信令处理、多媒体业务接入以及与系统相关的控制和 管理任务。u s b 接口电路承担系统中业务平面传递任务。 工作的目的主要是为了验证g m c t d d x d m a 传输方案能否达到预定的主要目标，并为后期研 究开发提供相应的平台和必要的依据。搭建各种硬件测试平台，采用各种不同的测试方案对所设计 的逻辑电路和印制电路板的正确性和健壮性进行验证。 本论文共分6 章，各章节的主要内容如下： 第一章是引言，主要介绍了课题背景以及论文的主要内容。 第二章介绍g m c t d d x d m a 试验验证系统，t x d m s 及r x a m s 板。 第三章详细介绍t x d m s 及r x a m s 板的设计，重点阐述了单个子载波基带数字信号处理板的 p c b 设计方案，并对相关的硬件测试方案作了相应的介绍。 由于u s b 相对于各板比较独立，所以放在第四章单独讨论。 第五章介绍了信号完整性设计的理论原则和方法。 第六章总结了作者所作的工作，并对硬件实现和课题研究中遇到的问题作了一些展望。 4 第二章g m c t d d ) ( d m a 实验验证系统 第二章g m c t d d x d m a 实验验证系统 g m c t d d x d m a 本实验验证系统的目的是为了验证g m c t d dx d m a 传输方案能否达到预定的 主要目标，并为后期研究开发提供必要的依据。 在引言中已经提到( 如图1 1 所示) ，整个g m c t d d x d m a 实验验证系统由一个接入点( a p ， a c c e s sp o i n t ) 和两个移动终端( m t ，m o b i l et e m i n a l ) 组成。其中a p 由固定台和接口组 成，它能够接入外部因特网。移动终端由移动台和终端计算机组成，它可以通过a p 接入外部因特 网，且移动终端之间具备直接通信的能力。考虑到多天线环境下空时联合发送和联合检测的实现难 度较大，完整的技术实验拟在f u t u r e 计划第二阶段进行，在本实验系统采用单天线发送，四天线 接收的简化形式。这里，我们给出基带硬件系统设计，包括基带硬件系统总体设计和板级设计。 2 1 基带硬件系统总体框架 在总体方案和关键技术研究的基础上，依据各功能模块电路设计和f p g a 具体实现研究所确定的 资源需求情况，设计构建实验验证系统的基带硬件子系统。基带硬件系统总体设计的基本目标是小引： 图2 1 基带硬件系统总体框架示意图 构建较为通用的硬件平台，验证g m c t d d x d m a 无线传输技术基本方案及其关键技术。 充分考虑后期技术发展的需要，便于系统扩展，特别是向多天线发送和多天线接收系统的扩 展。 5 成本。 在目前，发送基带部分由t x d m s 电路板单板构成，实现各子载波基带发送、多载波合成滤 波器组、以及数模转换，产生发送模拟基带信号，送到发送射频系统：具体讲就是：接收来自 m p u 的发送比特数据流，实现1 2 个子载波发送基带处理，生成1 2 个子载波发送数字基带信号， 然后将1 2 个子载波发送数字基带信号，经过多载波合成滤波器组，输出多载波数字基带信号，经 过数模转换器产生模拟基带信号( 差分信号) ，送到射频系统。 接收基带部分由r xa m s 电路板和一块r xs p 电路板构成，r xa m s 电路板接收来自接收射 频系统的四路模拟基带信号，实现模数转换、多载波合成滤波器组和时间同步，产生同步的各子 载波数字基带信号，送到r xs p 电路板；具体讲就是：接收来自射频前端的模拟基带信号经过模 数转换器，产生多载波接收数字信号，实现多载波分析滤波器组，输出两倍过采样的1 2 个子载波 信号( 1 6 个子载波中的4 个子载波形成保护带，不占频谱资源) 。然后再将1 2 个子载波两倍过 采样信号，实现时间同步，输出1 2 个子载波的同步信号，送到r xs p 板 r xs p 电路板实现各个子载波数字基带处理。 主控板m p u 完成用于完成系统的控制、信令处理、多媒体业务接入以及与系统相关的控制和 管理任务。u s b 接口电路承担系统中业务平面传递任务，外部业务终端基于工p 分组包格式的多 媒体业务通过u s b 接口接入无线通信系统。 依据目前各模块电路设计情况，发送端各予载波基带发送处理及多载波合成滤波器组均可通 过规模为3 0 0 万门的单片f p g a 实现，因此由两片f p g a 和数模转换器构成的t x d m s 电路板 可以实现发送基带处理。在接收端，四个接收通道的多载波分析滤波器组及时间同步均可通过规 模为6 0 0 万门的单片f p g a 实现，所有子载波信道估计与空时联合检测可通过规模为6 0 0 万门的 两片f p g a 或规模为3 0 0 万门的三片f p g a 实现，软解调及维特比解码可通过规模为6 0 0 万门的 单片f p g a 实现，因此，由两片f p g a 和模数转换器构成的r x a m s 电路板、以及由四片f p g a 构成的r x s p 电路板可以实现接收基带处理。 i i i 三 i li i v 6 u u 6 u 1 k 一一 图2 2 固定台结构设计 6 第二章g m c 一1 d d - ) ( d m a 实验验证系统 实验系统中，固定台将采用1 8 m 的1 9 英寸标准机柜3 】【4 1 ，整机结构示意图如图7 所示。整 个机柜共由四个子框组成：子框工高为6 u ，包括：腔体滤波器、低噪声放大器、功率放大器等；子 框i i 高为6 u ，包括：收发插板、本振模块、控制模块和电源模块；子框工i 工高为8 u ，为基带信 号处理部分；子框工v 高为1 3 u ，为整机电源供电部分，电源为标准一4 8 v 供电。移动台的整机结构 基本与固定台相同。 本文中只讨论r x a m s 板与t x d m s 板的设计，r x x p 板和m p u 板的设计不在本文的讨论范 围之内。 2 2r x _ a m s 板设计 鬈移 t ? 。 ” 。譬? i ，j 1 、| ? j ”、“ i 一一。t j 。6 珊：7 “一7 。7 i 。：i a j o a d m o d u l e ，7 1 2 f 1 1 2 ，；j ： i n p u tr 一一。一。一_ ： ，l tl ，j j 、4 j 。2 i1 2 ： ra d l l j n d o l l ， 7 1 2 12，i ，一 a d i q i n d o l q ， 0 ：。 1 d u a l j ， r ： ，r 1 2 1 2 ，i ，l a d 2 ii n d 0 2 i e ， r 1 2 1 2 ，l ，k a d 2 q j n d 0 2 q， ，r 1 2 1 2 ，一 a d 3 ii n d 0 3 i ， ，r 1 2 1 2，l ，一 a d 3 q j n d 0 3 q， 7 ， r 1 2 1 2 i ，k a d 4 ii n d 0 4 i ， ， 7 1 2 1 2l z ；： 2 ： a d c l 1 2 ：9 6 ， jk a d 4 q j n d 0 4 q， ? 之 t ? l ? 。 7 f ，j 。 i ：” 搿 l j ：。 一 o !2 i 1 2 二 ，rd u a l ， 7 ：一 2 l 1 2 t ，l 一 a d c 2， - i ! ： a n t _ 3 l j ! ? i n p u ti c l k 2 2 1j 1 2 l _ i ne n c s d u a l ，r - o 、n 斟 2 ： a d c 3 1 2 i c l k l 7 r ic l k 3 ，霉 l l _ c l k 2 。 a n t4 i i c l k 2 l1 0 1 r e s t 一 童 l n p u tl i，。 坌 i i 邕2 l1 2 i ，r “芑0 够灯? 孳7 7 ； ，z 弓 ， r d u a l， 7i 1 2 ，f 2 d o l7 1 2 一 2 l 1 2 i ， 跏1 1 。r 。o t ，凇 ，。 ，t 一 a d c 4 l i ， 1 21 2 7 r，一 l ， d i l q k 、d 翻 ，l ：l ， r 1 2 7 ： l r l k 2l 1 2o l o， d 1 2 i ，d 0 4 i ，1 ， 7 量 1 2 ， 1 0 - p ， d 1 2 q r e s e r v e d_ ，呻 ，r 1 2 ， 7d 1 3 i ，o u tc s 4 j1 2 7 - + c l k 3 ， ， d 1 3 q j 。、o l 疋斟 r ， ， + c l k 2 1 2 m p j d ； ， 4 i 、 ， 1 2 c l k 3 jl d 1 4 q ， c i ，k lc l kj ， ；“ 4 1 6 一 ， 1 nc s m p u p a t a 一r ：? ， i ne n m p u o d d r 1 6 i ? r e s t m p 啦c t r l 。 ， i 二。： r e st 图2 3r xa m s 板内部连线及外部接口 r x a m s 电路板接收来自接收射频系统的四路模拟基带信号，实现模数转换、多载波合成滤波器 7 东南大学硕士学位论文 组和时间同步，产生同步的各子载波数字基带信号，其中，模数转换选用a d i 公司的a d 6 6 4 4 ，这 是一款高速，高性能，高精度的模数转换器，它最高可达6 5 m z 的采样率，有1 4 位精度。四个接 收通道的多载波分析滤波器组及时间同步各选用x i l i n x 公司的v i r t e x i i3 0 0 0 系列f p g a 单片实 现。这样，r xa m s 板共有八片a d 和两片f p g a ，实现四个接收通道的模数转换、多载波分析滤波 器组、以及时间同步，r xa m s 板内部互联及外部接口如图2 3 所示【3 】【5 1 。 2 - 2 - 1r xa m s 板功能定义 r xa m s 板功能定义如表1 所示，四路a d c ( 每路两片a d ) 接受来自射频送出的基带模拟信号， 转换为数字信号；两片f p g a 的标号分别为f 1 和f 2 ；f 1 接收来自模数转换器的多载波接收数字信 号，实现多载波分析滤波器组，输出两倍过采样的1 2 个子载波信号( 1 6 个子载波中的4 个子载波 形成保护带，不占频谱资源) ；f 2 接收1 2 个子载波两倍过采样信号，实现时间同步，输出1 2 个子 载波的同步信号，送到r ) ( s p 板；同时，f 2 接入m p u 板的总线。r xa m s 板内部片间连线和外部 接口连线数统计如图2 4 所示。 表2 1f p g a 功能定义 标号器件功能 图2 4r x a m s 板内部片问连线和外部接口连线数统计 2 2 2 内部连线及外部接口定义 表2 2 和表2 3 分别给出f 1 和f 2 输入输出信号定义；图2 5 给出a d c 到f 1 的信号时序图； 图2 ：6 给出f 1 与f 2 之间连线的时序关系；图2 7 给出f 2 与r xs p 板之间连线的时序关系；f 2 与r xs p 板之间有四组数据线，每组承载3 个子载波同步数据，承载数据速率为3 0 7 2m h z ，是 子载波c h i p 速率的2 4 倍，表2 4 给出f 2 与r xs p 板之间数据线承载数据的结构。 8 第二章g m c t d d x d m a 实验验证系统 s i g n a l p i n # w i d t h t y p e f r o m( t o )r e m a r k n a m e a d l i 工n 1 2i n a d c l 天线1 ，i 路a d 输出，2 3 0 4m b p s a d l q 工n1 2工na d c l 天线1 ，q 路a d 输出，2 3 0 4m b p s a d 2 i 工n1 2i n a d c 2 天线2 ，工路a d 输出，2 3 0 4m b p s a d 2 q 工n1 2工na d c 2 天线2 ，q 路a d 输出，2 3 0 4m b p s a d 3 i 工n1 2工na d c 3 天线3 ，i 路a d 输出，2 3 0 4m b p s a d 3 qi n 1 2工na d c 3 天线3 ，q 路a d 输出，2 3 0 4m b p s a d 4 工工n1 2i na d c 4 天线4 ，i 路a d 输出，2 3 0 4m b p s a d 4 q 工n1 2工na d c 4 天线4 ，q 路a d 输出，2 3 0 4m b p s a d c l 一d r y i1工na d c l 天线1 ，i 路a d 输出采样时钟 a d c l 一d r y q 1工na d c l 天线1 ，q 路a d 输出采样时钟 a d c 2 一d r y i1工na d c 2 天线2 ，工路a d 输出采样时钟 a d c 2 一d r y q 1工na d c 2 天线2 ，q 路a d 输出采样时钟 a d c 3 一d r y 一工1i na d c 3 天线3 ，i 路a d 输出采样时钟 a d c 3 一d r y q 1i na d c 3 天线3 ，q 路a d 输出采样时钟 a d c 4 一d r y i1i na d c 4 天线4 ，工路a d 输出采样时钟 a d c 4 一d r y q 1工na d c 4 天线4 ，q 路a d 输出采样时钟 c l k l2i n m p u1 2 8m h z 时钟，l v d s 方式 c l k 22工n m p ua d 采样时钟，2 3 0 4m h z ，l v d s 方式 c l k 32i n m p u数据交换时钟，3 0 7 2m h z ，l v d s 方式 c l k 42i n m p u 备份时钟，l v d s 方式 c l k 52工n m p u 备份时钟 i n tc l k llo u tf 2 1 2 8m h z 时钟 i n tc l k 21o u tf 2 3 0 7 2m h z 时钟 a d c in e n 1i n f 2 0 d c 一工n 输入数据有效指示，信号有效时滤 e n 波器组才开始工作 d 0 1 i1 2 o u t f 2d 1 1 工 天线1 ，i 路数据输出，3 0 7 2 m b p s ， d 0 1 q 1 2 o u t f 2d 工1 q 天线1 ，q 路数据输出，3 0 7 2m b p s d 0 2 i1 2o u tf 2d 1 2 i 天线2 ，工路数据输出，3 0 7 2m b p s d 0 2 q 1 2o u tf 2d 1 2 q 天线2 ，q 路数据输出，3 0