專利名稱：一種兼容多制式且高靈活性的無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信領(lǐng)域，主要是一種兼容多制式且高靈活性的無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著中國大陸無線通信用戶數(shù)量持續(xù)增長，用戶需求的多元化和對(duì)更高網(wǎng)絡(luò)交互上下行速度的要求使得主流的三大運(yùn)營商(中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通)也迫切的加速對(duì)無線通信網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和優(yōu)化，隨之而來的是在大陸范圍內(nèi)各種無線通信制式的并存競爭格局(2G 的 GSM,2. 5G 的 GPRS+CDMA 1X、3G 的 WCDMA+CDMA2000+TD-SCDMA+ffiMAX,4G 的 LTE 等)。在運(yùn)營商大規(guī)模擴(kuò)張和升級(jí)的同時(shí)，對(duì)于數(shù)字光纖直放站的性能指標(biāo)也提出了更高的要求。除了對(duì)覆蓋質(zhì)量、覆蓋范圍的傳統(tǒng)要求之外，對(duì)于數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)的設(shè)備能耗效率的控制也愈發(fā)嚴(yán)格。作為設(shè)備廠商的產(chǎn)品為了適應(yīng)多種無線制式的并存，也希望能找到平臺(tái)化、統(tǒng)一化、模塊化的產(chǎn)品解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是要克服上述技術(shù)的不足，而提供一種兼容多制式且高靈活性的無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件系統(tǒng)。本發(fā)明支持當(dāng)今主流的多種無線通信制式下的核心軟件無線電算法驗(yàn)證，充分考慮了與各種小信號(hào)模擬射頻子系統(tǒng)和功放天線系統(tǒng)的靈活組合，為整個(gè)通信信號(hào)鏈路提供充足的系統(tǒng)帶寬和全頻帶調(diào)制區(qū)間。能滿足技術(shù)預(yù)研調(diào)試的模塊化并行推進(jìn)的需求，提高完整技術(shù)預(yù)研項(xiàng)目的進(jìn)度和可控性，避免多個(gè)小組同時(shí)調(diào)試帶來的不便。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案這種兼容多制式且高靈活性的無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件系統(tǒng)，由若干寬頻帶、高性能的芯片單元構(gòu)成，充分考量了多種無線通信制式和算法的處理能力，并提供靈活多樣的調(diào)試和測試接口。包含的邏輯功能單元有基帶數(shù)字信號(hào)處理單元，主控處理單元，本地以太網(wǎng)單元，本地串口單元，時(shí)鐘分配單元，板際信號(hào)互聯(lián)單元，中頻模擬發(fā)送單元，中頻模擬接收單元，中頻模擬反饋輸入單元，電源轉(zhuǎn)換單元；主控處理單元(PowerPC)通過標(biāo)準(zhǔn)MII信號(hào)接口與本地以太網(wǎng)單元相連，方便整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試和控制；主控處理單元通過SPI總線控制時(shí)鐘分配單元，其他諸如中頻模擬發(fā)送單元、中頻模擬接收單元、中頻模擬反饋單元的SPI總線控制經(jīng)由基帶數(shù)字信號(hào)處理單元的FPGA進(jìn)行一次中轉(zhuǎn)來完成最后的連接；時(shí)鐘分配單元將基準(zhǔn)晶振的信號(hào)分為多路同源時(shí)鐘信號(hào)送入中頻模擬發(fā)送單元、中頻模擬接收單元、中頻模擬反饋單元、基帶數(shù)字信號(hào)處理單元的主芯片中。更進(jìn)一步的，用于完成基帶數(shù)字信號(hào)處理功能的FPGA通過延伸控制鏈承擔(dān)對(duì)射頻板和功放板的總線控制。本發(fā)明所述的主控處理單元常規(guī)功能如下1)上電后完成其余各可控單元的初始化；
2)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中對(duì)控制鏈、數(shù)據(jù)信號(hào)鏈、時(shí)鐘鏈上的單元等進(jìn)行監(jiān)控或人工干預(yù)。3)必要時(shí)對(duì)其他各單元進(jìn)行重新加載或復(fù)位操作。4)配合看門狗芯片監(jiān)控系統(tǒng)的異常情況，必要時(shí)執(zhí)行全局的復(fù)位以恢復(fù)正常通 本發(fā)明有益的效果是本發(fā)明正是在上述的產(chǎn)品發(fā)展背景下提出的一款旨在兼容多種無線通信制式、具有足夠性能和帶寬的數(shù)字和模擬信號(hào)處理能力、模塊化和小型化的數(shù)字硬件平臺(tái)，通過執(zhí)行更為有效的數(shù)字處理算法提高整個(gè)數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)的效率控制能力，降低后端射頻和功放硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試的難度。該平臺(tái)配合多款同樣是模塊化的射頻和功放平臺(tái)，就可以很高效便利地實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)試和驗(yàn)證，為技術(shù)研發(fā)向?qū)嶋H的產(chǎn)品研發(fā)的快速銜接和靈活應(yīng)變提供了有力的解決方案支持。


圖ι是本發(fā)明無線I〔字算法實(shí)驗(yàn) !件平臺(tái)與射頻、功放互聯(lián)的示意圖2是本發(fā)明無線I〔字算法實(shí)驗(yàn) !件平臺(tái)功能邏輯示意圖3是本發(fā)明無線I〔字算法實(shí)驗(yàn) !件平臺(tái)電源轉(zhuǎn)換單元原理圖4是本發(fā)明無線I〔字算法實(shí)驗(yàn) !件平臺(tái)主控單元原理圖5是本發(fā)明無線I〔字算法實(shí)驗(yàn) !件平臺(tái)本地以太網(wǎng)單元原理圖6是本發(fā)明無線I〔字算法實(shí)驗(yàn) !件平臺(tái)本地串口單元原理圖7是本發(fā)明無線I〔字算法實(shí)驗(yàn) !件平臺(tái)時(shí)鐘分配單元原理圖8是本發(fā)明無線I〔字算法實(shí)驗(yàn) !件平臺(tái)中頻模擬發(fā)送單元原理圖9是本發(fā)明無線I〔字算法實(shí)驗(yàn) !件平臺(tái)中頻模擬接收單元原理圖10是本發(fā)明無線ξ數(shù)字算法實(shí)驗(yàn) 梗件平臺(tái)中頻模擬反饋單元原理圖11-17是本發(fā)明無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)基帶數(shù)字信號(hào)處理單元原理圖
圖18是本發(fā)明無線ξ數(shù)字算法實(shí)驗(yàn) 件平臺(tái)板際信號(hào)互聯(lián)單元原理圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及舉例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的舉例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖1是本發(fā)明無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)與射頻、功放互聯(lián)的示意圖。其中，數(shù)字板與射頻板的信號(hào)鏈路分為發(fā)射、接收、反饋3條，為便于聯(lián)合調(diào)試，數(shù)字板上預(yù)留了直流 5. 8V的電源接口向射頻板和功放板提供統(tǒng)一供電，數(shù)字板與射頻板、功放板之間采用I2C 總線形式進(jìn)行板間的控制鏈路通信。圖2是本發(fā)明無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)功能邏輯示意圖。主要由基帶數(shù)字信號(hào)處理單元，主控處理單元，本地以太網(wǎng)單元，本地串口單元，時(shí)鐘分配單元，板際信號(hào)互聯(lián)單元，中頻模擬發(fā)送單元，中頻模擬接收單元，中頻模擬反饋輸入單元，電源轉(zhuǎn)換單元來構(gòu)成。其中，主控處理單元(PowerPC)通過標(biāo)準(zhǔn)MII信號(hào)接口與本地以太網(wǎng)單元相連，方便整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試和控制；
主控處理單元通過SPI總線控制時(shí)鐘分配單元，其他諸如中頻模擬發(fā)送單元、中頻模擬接收單元、中頻模擬反饋單元的SPI總線控制經(jīng)由基帶數(shù)字信號(hào)處理單元的FPGA進(jìn)行一次中轉(zhuǎn)來完成最后的連接；時(shí)鐘分配單元將基準(zhǔn)晶振的信號(hào)分為多路同源時(shí)鐘信號(hào)送入中頻模擬發(fā)送、中頻模擬接收、中頻模擬反饋、基帶數(shù)字處理等單元的主芯片中；完成基帶數(shù)字信號(hào)處理功能的FPGA還通過延伸控制鏈承擔(dān)對(duì)射頻板和功放板的總線控制。圖3是本發(fā)明無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)電源轉(zhuǎn)換單元原理圖。電源轉(zhuǎn)換單元主要由LTC3853_101833_6A6A6A集成模塊、LTC3728_5058集成模塊、LP38503TS-ADJ組成，VIN網(wǎng)絡(luò)實(shí)際輸入DC+12V電源，在輸入兩個(gè)集成電源模塊之前使用100uF/20V和22uF/16V各一顆進(jìn)行濾波。LTC3853_101833_6A6A6A集成模塊對(duì)內(nèi)輸出 +1. 0V,+1. 8V、+3. 3V 電壓，LTC3728_5058 集成模塊對(duì)內(nèi)輸出 +5. 0V,+5. 8V 電壓，之后，+3. 3V 再經(jīng)由2片LP38503TS-ADJ分別輸出+2. 5V和+1. 9V電壓。+1. OV電源給基帶數(shù)字信號(hào)處理單元的FPGA內(nèi)核供電；+1. 8V電源給主控、中頻模擬發(fā)送、中頻模擬接收，基帶數(shù)字信號(hào)處理單元供電；+1. 9V電源中頻模擬反饋單元供電；+2. 5V電源給FPGA的I/O模塊供電；+3. 3V電源給主控、本地以太網(wǎng)、本地串口、時(shí)鐘分配、中頻模擬發(fā)送單元供電+5. OV電源給時(shí)鐘分配單元里的主晶振供電。R4、R6、R180、R181均采用精度為1 %的電阻，為U2和UM的輸出提供準(zhǔn)確地參考反饋。圖4是本發(fā)明無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)主控單元原理圖。 主控單元主要由U8 (PowerPC)，U7 (IOMHz有源晶振)，U5 (EEPROM)，U6 (監(jiān)控芯片)， J3(10PIN調(diào)試插座)以及若干磁珠、電阻、電容、LED指示燈組成。整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)伊始，U8 在U7成功起振后，開始執(zhí)行初始化過程。同時(shí)在后期的運(yùn)行和調(diào)試中，U8都起到了高效人機(jī)交互，全面控制各個(gè)其他模塊單元的作用。U6為U8提供上電復(fù)位信號(hào)和看門狗信號(hào)。圖5是本發(fā)明無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)本地以太網(wǎng)單元原理圖。本地以太網(wǎng)單元主要由U12 (PHY芯片DP83848KSQ)、Y1 (25MHz無源晶振)、J4 (RJ45 插座)以及若干磁珠、電阻、電容、LED指示燈組成。支持10/100MbpS自適應(yīng)模式的以太網(wǎng)訪問，與U8的通信是通過標(biāo)準(zhǔn)的MII接口實(shí)現(xiàn)。圖6是本發(fā)明無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)本地串口單元原理圖。本地串口單元主要由U13(RS232電平轉(zhuǎn)換芯片)，U25 (RS485電平轉(zhuǎn)換芯片)， J5(DB9插座)，J25(2PIN插座)以及若干電阻、電容組成。U13和U25均與U8進(jìn)行連接，最高支持4601ibps的RS232接口速率和2501ibps的RS485接口速率。圖7是本發(fā)明無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)時(shí)鐘分配單元原理圖。時(shí)鐘分配單元主要由U14(IOMHz高性能溫補(bǔ)晶振)、U15(AD9516_0時(shí)鐘芯片)以及若干磁珠、電阻、電容、LED指示燈、SMA接頭組成。U15為整個(gè)系統(tǒng)提供高品質(zhì)同源時(shí)鐘的各個(gè)分頻輸出，為數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換提供采樣基準(zhǔn)時(shí)鐘，為基帶數(shù)字信號(hào)處理單元的FPGA提供全局時(shí)鐘。預(yù)留了 J22、J7、J6等SMA接口作調(diào)試備用信號(hào)源。
圖8是本發(fā)明無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)中頻模擬發(fā)送單元原理圖。中頻模擬發(fā)送單元主要由U16(AD9122芯片)以及若干電阻、電容、SMA接頭組成。 AD9122數(shù)字接口采用16位差分信號(hào)輸入，最高可達(dá)1230MSPS的采樣速率，支持2倍、4倍、 8倍內(nèi)插模式，片內(nèi)可以完成精確的中頻搬移。圖9是本發(fā)明無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)中頻模擬接收單元原理圖。中頻模擬接收單元主要由U18(AD6642)，T7，T8 (射頻變壓器)，T4 (射頻變壓器) 以及若干磁珠、電阻、電容、SMA接頭組成。U18支持11位差分?jǐn)?shù)字信號(hào)輸出，最高可達(dá) 850MSPS的采樣速率，模擬輸入采用雙巴倫設(shè)計(jì)提高信噪比。圖10是本發(fā)明無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)中頻模擬反饋單元原理圖。中頻模擬反饋單元主要由U19(AD6641)，T9，T10 (射頻變壓器)，以及若干磁珠、電阻、電容、SMA接頭組成。U19支持12位差分?jǐn)?shù)字信號(hào)輸出，最高可達(dá)500MSPS的采樣速率， 模擬輸入采用雙巴倫設(shè)計(jì)提高信噪比，用以進(jìn)行數(shù)字預(yù)失真反饋信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。圖11-17是本發(fā)明無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)基帶數(shù)字信號(hào)處理單元原理圖?；鶐?shù)字信號(hào)處理單元主要由U21 (FPGA)，U20(電平轉(zhuǎn)換芯片)，17U1 (SRAM)以及若干磁珠、電阻、電容組成。U20主要是實(shí)現(xiàn)少量高于LVCM0S25和LVCM0S18接口電平標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)輸入，因?yàn)镕PGA本身對(duì)輸入信號(hào)有更嚴(yán)格的要求，不能與一些芯片的輸出管腳直接相連。17U1的設(shè)計(jì)是考慮沒有外部信號(hào)源的時(shí)候存儲(chǔ)基帶數(shù)據(jù)源之用。圖18是本發(fā)明無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)板際信號(hào)互聯(lián)單元原理圖。板際信號(hào)互聯(lián)單元主要由U23 (電平轉(zhuǎn)換芯片)，U22 (I2C總線驅(qū)動(dòng)接收器)， U26 (溫度傳感器)，J16 (50PIN連接器)，J26 (2PIN連接器)，J18 (20PIN連接器)以及若干磁珠、電阻、電容組成。下面結(jié)合圖1 圖18來說明本發(fā)明系統(tǒng)的工作原理1)外接DC+12V電源接入系統(tǒng)后，電源轉(zhuǎn)換單元隨即輸出+1. 0V、+1. 8V、+3. 3V、 +5. 0V,+5. 8V 電壓。2)主控單元的PowerPC在外圍的晶振上電起振且收到看門狗芯片復(fù)位信號(hào)后開始自行初始化，操作系統(tǒng)啟動(dòng)。3)PowerPC 啟動(dòng)后隨即對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的 FPGA、AD9516、AD9122、AD6642、AD6641 以及其他芯片進(jìn)行必要之初始化，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控初始化進(jìn)程是否順利。4)時(shí)鐘分配單元芯片AD9516產(chǎn)生多路輸出時(shí)鐘送入FPGA、AD9122、AD6642、 AD6641等芯片。5)基帶數(shù)字信號(hào)處理單元的FPGA開始按照已下載的電路執(zhí)行基帶數(shù)字算法，數(shù)據(jù)源既可以取自外圍的SRAM，也可以取自外接的信號(hào)源。6)在外接了射頻、功放板后，整個(gè)中頻的發(fā)送、接收、反饋單元都開始執(zhí)行既定的數(shù)?；蚰?shù)轉(zhuǎn)換，包含數(shù)字或模擬信號(hào)的重采樣、頻譜搬移、濾波等片內(nèi)操作。可以理解的是，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案及發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種兼容多制式且高靈活性的無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件系統(tǒng)，其特征在于包含的邏輯功能單元有基帶數(shù)字信號(hào)處理單元，主控處理單元，本地以太網(wǎng)單元，本地串口單元，時(shí)鐘分配單元，板際信號(hào)互聯(lián)單元，中頻模擬發(fā)送單元，中頻模擬接收單元，中頻模擬反饋輸入單元，電源轉(zhuǎn)換單元；主控處理單元通過標(biāo)準(zhǔn)MII信號(hào)接口與本地以太網(wǎng)單元相連，主控處理單元通過SPI總線控制時(shí)鐘分配單元，中頻模擬發(fā)送單元、中頻模擬接收單元、中頻模擬反饋單元的SPI總線控制經(jīng)由基帶數(shù)字信號(hào)處理單元的FPGA中轉(zhuǎn)來連接；時(shí)鐘分配單元將基準(zhǔn)晶振的信號(hào)分為多路同源時(shí)鐘信號(hào)送入中頻模擬發(fā)送單元、中頻模擬接收單元、中頻模擬反饋單元、基帶數(shù)字信號(hào)處理單元的主芯片中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兼容多制式且高靈活性的無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件系統(tǒng)，其特征在于用于完成基帶數(shù)字信號(hào)處理功能的FPGA通過延伸控制鏈承擔(dān)對(duì)射頻板和功放板的總線控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種兼容多制式且高靈活性的無線數(shù)字算法實(shí)驗(yàn)硬件系統(tǒng)，主要包含的邏輯功能單元有基帶數(shù)字信號(hào)處理單元，主控處理單元，本地以太網(wǎng)單元，本地串口單元，時(shí)鐘分配單元，板際信號(hào)互聯(lián)單元，中頻模擬發(fā)送單元，中頻模擬接收單元，中頻模擬反饋輸入單元，電源轉(zhuǎn)換單元。本發(fā)明有益的效果是通過執(zhí)行更為有效的數(shù)字處理算法提高整個(gè)數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)的效率控制能力，降低后端射頻和功放硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試的難度。該平臺(tái)配合多款同樣是模塊化的射頻和功放平臺(tái)，就可以很高效便利地實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)試和驗(yàn)證，為技術(shù)研發(fā)向?qū)嶋H的產(chǎn)品研發(fā)的快速銜接和靈活應(yīng)變提供了有力的解決方案支持。
文檔編號(hào)H04B1/00GK102545916SQ20111045600
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者廖軍, 徐錫強(qiáng), 李鑫, 許永賾 申請(qǐng)人:三維通信股份有限公司