2 軟件無線電的模塊化分析
　　軟件無線電的硬件平臺采用模塊化設(shè)計(jì)，是一個開放的通信平臺，與PC系統(tǒng)很相似。可以想象，基于一個相對通用的硬件平臺，通過加載不同的軟件(需要時(shí)可更換插卡)來實(shí)現(xiàn)不同的硬件功能。但軟件無線電的硬件平臺比PC要求高得多，它需要寬帶射頻前端、寬帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換器和高速DSP，工作頻率高達(dá)幾至幾十MHz，信號干擾很嚴(yán)重。所以，它必須由多個CPU并行工作才能滿足系統(tǒng)處理速度的要求；其次，DSP處理數(shù)據(jù)要求高速轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)總線必須具有極高的I/O傳輸速率。在符合要求的系統(tǒng)總線中，VME技術(shù)最成熟，通用性最好。它可提供多CPU并行處理，支持獨(dú)立的32位數(shù)據(jù)和地址總線，總線的速率達(dá)到40Mbps，基本滿足了軟件無線電要求?；赩ME總線的軟件無線電模塊包括硬件和軟件兩大部分。
　　其硬件模塊有：
　　·寬帶A/D/A變換。它將A/D變換盡可能靠近天線，至少對中頻進(jìn)行A/D變換。評價(jià)A/D變換器性能參數(shù)包括信噪比，無寄生動態(tài)范圍(SFDR)，互調(diào)失真(IMD)，采樣速率和采樣精度等。其中主要是采樣速率和精度，SNR可用下式計(jì)算：
　　SNR＝6.02B+1.76+10λg₁₀(f_s/2f_max)　(dB)
　　其中B為ADC位數(shù)，f_s為采樣頻率，f_max為輸入模擬信號的最高頻率。對于一個70MHz的中頻信號，若要求采樣精度達(dá)到12位，SNR等于80dB，可以算出采樣速率為558Mbps。
　　·數(shù)字中頻濾波變換。由于經(jīng)過寬帶A/D變換的數(shù)據(jù)流速率常在幾十到上Mbps，對數(shù)字中頻進(jìn)行數(shù)字信號處理需很大的運(yùn)算資源和I/O帶寬，所以，通常采用數(shù)字下變頻器來完成數(shù)字濾波和變頻等;
　　·并行DSP處理模塊。采用4塊并行的DSP芯片完成單路、多路基帶、比特流、信源編解碼;
　　·控制與接口模塊。完成對射頻前端及電臺功能的控制，實(shí)現(xiàn)窄帶A/D/A變換，并提供用戶各種模擬或數(shù)字接口。
　　其軟件模塊包括：
　　·系統(tǒng)軟件包。完成系統(tǒng)的初始化、軟件功能的流向處理;
　　·功能軟件包。完成系統(tǒng)的通信規(guī)約、界面和實(shí)時(shí)控制;
　　·通信功能控制軟件包。主要是通信功能庫模塊；中斷響應(yīng)程序模塊；實(shí)時(shí)信號流控制模塊;
　　·通信庫函數(shù)軟件包。主要是DSP指令和函數(shù)庫；信號流變換庫；調(diào)制解調(diào)算法庫；信道糾錯編碼算法庫；信源編碼算法庫等。
　　由以上模塊組成的基于VME總線的軟件無線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 軟件無線電中的一種DSP模式分析
　　軟件無線電是對整個工作頻段(25MHz左右)進(jìn)行數(shù)字化，中頻和基帶處理采用數(shù)字信號處理方式。所以，DSP技術(shù)是軟件無線電技術(shù)的工作重心。本文采用定點(diǎn)DSP芯片’C541作為數(shù)據(jù)處理的核心。
3.1 TMS320C541簡介^[3]
　　TMS320C541是TI公司一種定點(diǎn)高性能的數(shù)字處理芯片。它具有改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)、高并行結(jié)構(gòu)CPU、片內(nèi)存儲器、在片外圍接口及一套高效的指令集。其主要特征包括：
　　·CPU特征：三條獨(dú)立的16位數(shù)據(jù)總線和一條程序總線；40位算術(shù)邏輯單元(ALU)，包括一個40位桶形移位器和兩個獨(dú)立的40位累加器；17位并行乘法器與一個專用40位加法器聯(lián)合以執(zhí)行單指令周期乘/加(MAC)操作；用于Viterbi操作加/比較選擇的比較、選擇和存儲單元(CSSU)；指數(shù)編碼器以計(jì)算40位累加器中數(shù)值的指數(shù)部分；兩個地址發(fā)生器，包括8個輔助寄存器和2個輔助寄存器算術(shù)單元。
　　·存儲器：192K字(16位)最大可尋址存儲空間，包括64K字程序空間、64K字?jǐn)?shù)據(jù)空間和64K字I/O空間；28K字單口片內(nèi)ROM，其中8K字既可定義為程序空間也可定義為數(shù)據(jù)空間；5K字雙口片內(nèi)RAM。
　　·指令集：單指令重復(fù)和塊重復(fù)操作；內(nèi)存塊移動指令；32位指令字；2或3個操作數(shù)讀取指令；可并行存儲和讀取算術(shù)指令；條件存儲指令；中斷快速返回指令。
　　·外圍接口：軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器；可編程空插入操作；片內(nèi)鎖相環(huán)時(shí)鐘發(fā)生器；兩個可支持8位和16位傳送的全雙工標(biāo)準(zhǔn)串行口：一個16位定時(shí)器；外部總線斷開控制；數(shù)據(jù)總線保持器。
　　·其它：功耗控制指令如IDLE1、IDLE2、IDLE3，可使芯片運(yùn)行于不同的低功耗狀態(tài)；IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1JTAG2仿真測試端口；指令周期為25ns。
　　由于TMS320541有兩個標(biāo)準(zhǔn)串行口，實(shí)現(xiàn)中可將串口1接A/D轉(zhuǎn)換器，以接收或發(fā)送模擬信號。串口0用以傳送和接收已壓縮的碼流。模擬界面A/D轉(zhuǎn)換器選用TI公司的TLC32AC01，由’C541對它進(jìn)行初始化，其時(shí)鐘由片外頻率為10.368MHz的石英振蕩器提供?！疌541串口1的幀接收和發(fā)送的同步信號(FSR和FSX)由TLC320AC01提供。
3.2 ’C541構(gòu)成軟件無線電中一種模式分析
　　采用專門的可編程芯片，將中頻下變頻，然后再進(jìn)行DSP處理，數(shù)字下變頻器(DDC)可完成從寬帶信號中提取有用信號的功能，其最大輸入速率為75Mbps(16bit)，通過編程可以控制速率和輸出格式。圖3為’C541和DDC組成的一種軟件無線電系統(tǒng)模式。

　　圖中’C541可選用多個進(jìn)行并行處理工作。其軟件實(shí)現(xiàn)中的幾個關(guān)鍵技術(shù)包括：
　　·數(shù)據(jù)格式：由于’C541是16位定點(diǎn)數(shù)字信號處理器，為了實(shí)現(xiàn)過去’C40浮點(diǎn)運(yùn)算的數(shù)據(jù)處理格式，這里必須用定點(diǎn)數(shù)來表示浮點(diǎn)數(shù)，這樣盡管提高了速度卻很可能導(dǎo)致運(yùn)算精度不夠。在實(shí)現(xiàn)時(shí)采用下述幾種方法：對精度過高的地方，將計(jì)算的中間變量采用32位來表示；對有些幅度變化較大的數(shù)值，采用適當(dāng)?shù)姆椒▉頊p小幅度變化，從而在同樣的數(shù)據(jù)格式下提供較高的精度。
　　·存儲器空間分配：’C541片內(nèi)存儲區(qū)包括5K雙口RAM和28K單口ROM。在一般應(yīng)用中只使用RAM。若RAM不夠，可通過外接RAM或選用其它’C54x來解決。當(dāng)處理的數(shù)據(jù)量較大時(shí)也可以采用多個’C541芯片并行處理的方法。處理時(shí)，可將存儲區(qū)分成不同的段，以存放程序、已初始化數(shù)據(jù)和未初始化數(shù)據(jù)，并為’C541重新設(shè)置了堆棧和中斷向量表。
　　·多片DSP互連技術(shù)。DSP多片互連技術(shù)有基于直接存儲器存儲的多處理器互連、基于全局和局部存儲器的多處理器互連以及基于高速緩沖通道的多處理器互連技術(shù)。基于滿足高速處理和軟件重構(gòu)雙重要求的多頻段多功能電臺必須采用基于全局和局部存儲器的多處理器互連技術(shù)^[4]。這是因?yàn)槠溥B接鏈路加快了數(shù)據(jù)流的速度，同時(shí)統(tǒng)一的地址空間和專用的控制操作簡化了存儲器的訪問與處理過程，而內(nèi)部的存儲器簡化了I/O的數(shù)據(jù)流量從而減輕了總線的瓶頸效應(yīng)。其互連模式如圖4所示。