[转帖]3G移动终端基带信号处理器设计与实现

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作者: 周小平 王平 徐丽芳, 　出处:通信世界, 2008-01-18

摘要：
文章设计了一种基于先进微处理器(ARM)、数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)体系结构的3G移动终端基带信号处理器。该处理器能灵活实现移动通信系统中基带信号的各种处理，通过无线信号实现移动终端同基站之间的发送与接收，而且能够于不同基站之间进行信号切换。该系统的硬件设计包括以ARM主控模块、DSP实时数据处理模块和FPGA信号生成模块，移动终端软件包括应用层软件、通信协议软件和物理层软件，很好地满足了标准兼容和客户对于功能改善和低成本的需求。


正文：
随着数字技术的进步，高速、超大规模集成电路广泛使用，3G移动终端基带信号处理系统正朝着灵活、高度集成化、模块化、通用化的方向发展。基带信号处理器是数字技术与通信技术相结合的产物，它能灵活处理数字基带信号，调制无线信号以便实现同通信网络系统前端基站的无线通信。文章设计了一种基于先进微处理器(ARM)、数字信号处理(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)体系结构的3G移动终端基带信号处理器。这种体系结构的优点在于当提供更能满足客户需求的先进处理器时，整个系统容易集成，而且可以通过软件方法方便地增加功能，而不必定制只读存储器(ROM)编码的新芯片。同时系统使用软件实现联合检测和信号解码功能，通过软件更新轻松实现对系统的任何升级，无需硬件修改。
　　1 设计思路
　　随着实时数字信号处理技术的发展，ARM、DSP和FPGA体系结构成为3G移动终端实现的主要方式。本文的设计通过ARM对目标及环境进行建模、运算，生成网络协议仿真数据库，应用DSP进行数据调度、运算和处理，最后形成所需的调幅、调相、调频等控制字，通过FPGA控制收发器芯片产生射频模拟信号。利用数字芯片之间的通用性，ARM与DSP间的通信，不仅能实时处理接收和发送的数据，还可以适应不同移动网络的具体要求，同时方便加载新的程序。FPGA数字频率合成技术以其在频率捷变速度、相位连续性、相对带宽、高分辨率以及集成化等方面的优异性能，为3G移动终端射频信号模拟的实现方式提供了选择。
　　2 硬件实现
　　本系统主要部分是ARM主控模块、DSP实时数据处理模块和FPGA信号生成模块。ARM主控模块实现物理层与协议栈的通信，接收高层的指令，执行相应的任务。如协议栈需要在某些子帧中的某个或几个上行时隙发送数据到核心网，在某些子帧中的某个或几个下行时隙接收核心网的数据，这时把所有的指令和数据都存放在同步动态随机存储器(SDRAM)中，然后通知DSP去执行。DSP实时数据处理模块得到数据和命令后，首先处理发送数据，对数据进行信道编码调制、CRC附着、交织、扩频调制等，然后处理接收数据，如信道估计、去干扰、CRC校验、信道解码、解扩、唯特比解码等。FPGA为信号生成模块，管理26M时钟，进行分频的任务，控制模拟基带(ABB)的自动发送功率控制(APC)、自动接收增益控制(AGC)、自动频率控制(AFC)等，同时也实时控制射频(RF)的工作。当DSP中的一些算法非常稳定后，可以用FPGA来实现这些算法，减少DSP的处理负担。其硬件电路如图1所示。