基于双核DSP和FPGA的软件无线电平台

摘要：根据LS-DRCMA（解扩重扩最小二乘算法），提出了一种通过FPGA+DSP结构实现的软件无线平台体系。根据LS-DRCMA算法对数字特征的要求和Xilinx公司的Virtex-4以及TI公司的TMS320C6416T硬件结构适合进行定点运算的规律，采用双FPGA+单DSP结构来完成整个过程，比以前设备形成了较大飞跃。实验表明，该系统兼容性好，且可以扩展。

关键词：无线电平台；LS-DRCMA；FPGA；DSP

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 04-0000-01

Software Radio Platform Based on Dual-core DSP and FPGA

Yang Chuzhang

(China Academy of Geological Sciences,Institute of Karst Geology,Guilin541004,China)

Abstract:A method of smart antenna using LS-DRCMA(least squares-ee-spread re-spread constant module algorithm)is introduced based on FPGA +DSP.Owing to the numerical characteristics of LS-DRCMA,and taking account structure of TMS320C6416T and Virtex-4 which are suitable for the characteristics of fixedpoint operation,the system is implemented which is made up of double FPGA+DSP.Experiment results indicate that the system has a significantly faster convergence rate and better tracking ability.

Keywords:Radio platform;LS-DRCMA;FPGA;DSP

软件无线平台通过阵列信号处理技术产生固定空间波束，使软件无线平台主波束对准用户信号准确方向，零陷对准干扰到达方向，充分利用有用信号，抑制干扰。在移动环境里，空时信号运算的收敛性能是一个关键因素，表明了跟踪变通的灵活性。无线平台关键科技是波束形成原理，在特定成熟的波束成形算法中，LS-DRCMA算法直接利用了体系特点，提出了庞杂信息，并且具有速度时效性强、跟踪功效好的特点。

一、LS-DRCMA波束形成算法

（一）波束产生原理

软件无线平台可通过模拟电路方式产生，首先根据软件无线平台方向图确定标准激励系数指标，然后确定馈电网络以便形成网络波速。由于馈电布线成矩形形状，实现比较难，所以软件无线平台多采用数字波束形成（DBF）实现波束成形。它由A/D交换器、阵列系统无线平台、下变频器和在线可编程阵列（FPGA）以及数据模拟信号处理器（DSP）组成。

（二）LS-DRCMA算法

解扩重扩的方法极大降低了信息重复，可以防止在信道中加入导频或者在信码中融入新数据，完整地利用原有信息数据。选择何种算法进行波束的综合监控十分关键，波束形成算法是软件无线平台系统中的核心部分，因为波束形成算法控制着软件无线平台阵暂态响应的效果速度和完成电路的多样性和可变性。

按照解扩重扩的最小二乘算法，假定软件无线平台阵信号为数据导向模式，在每一取样矩阵得到之后进行数据采样矩阵的矩阵关联性，并且根据最小二乘准则计算权值的最佳值。其根据采样矩阵得出协方差矩阵，收敛性大大增强，也不容易受到外界环境和冗杂信息的干扰。

由于运算方式差别，最小二乘类算法分为递推算法与批处理算法两大类。根据系统特性，递推算法可能会增加不必要的运算操作，故选择批处理方式。根据数值特性的差异，最小二乘类算法又可细分为均方域和数据域。

二、系统设计与生成

（一）系统硬件构成

实验系统根据两个移动台之间通信的基带信号处理，命令单板能够控制一个比通信信号强15dB的影响，最优传输通信信号。使用AD6653作为数据信息转换芯片。系统硬件平台由两片Xilinx公司提供的FPGA作为协处理器，其最高频率1GHz的TI公司的DSP作为主处理器。

在FPGA中操作运算量最大，然而算法却比较简单。把两片FPGA分别命名为FPGA-A与FPGA-B，在FPGA-A中有：收取两路AD6645数据并传输到FPGA-B的元素模块，求同步位置的CORRELATE模块以及对收取到信息进行解压的DEMODULE模块。在FPGA-B中有：把4个AD6645收集到的信息负运行和正交化的DDC模块，采取波束形成的DBF模块，把负运行和正交化数据送入DSP的X_DPRAM模块，从DSP获得W数据的W_DPRAM模块以及通过同步转换的PLL模块。DSP主要完成系统的全过程协调和繁琐却计算量较小的处理步骤。如对系统实时状态进行监控的模块，根据解扩后的数据重新整合为进行LS权值求解的模块与期望信号的模块。

（二）FPGA-A部分

FPGA-A先及时运送它所接触的两路AD6645的数据到FPGA-B，并且根据FPGA-B接收的信息波束形成后收到的信号数据在CORRELATE模块中进行整合，把得到的同步位置继续输入到DSP，同时在DEMODULE模块中进行解压调试，解扩后的数据输入到DSP进行翻新和修正，可以作为Cholesky-LS模块权值求解的暗示信息，而且还将其送到ERRORCODE_RATIO模块错误风险因素，再把误码率送入DSP中以全程控制系统中进行测查。

（三）FPGA-B部分

DBF模块根据给定的权值开展计算，得到波束发送数据信息，然后把波束信号数据分别送往FPGA-A进行整合和解压，并送往PLL模块进行加载波形和地点预测。最初把AD6645收集到的数据从两片FPGA召集到FPGA-B中，并输送至下变频模块（DDC），完成波形取样，把信号从AD采样后的40MHz变到零中频并进行正交化。形成四路正交化后的数据，分别送入特定转化模块进行后续处理。

（四）DSP部分处理顺序

DSP中主要运行步骤，运行时，对系统进行首次处理，然后调用用于设置FPGA初始参数的元素函数，把控制的控制字输入FPGA-A和FPGA-B。然后一直从FPGA-A读入解压后的数据信息，并且判断系统是否处于良好运转状态，当系统确认进入同步状态，而且数据完好，就可以进行向量计算，并更新FPGA-B中的权向量，同时判断错误率。

三、结语

本文运用多步输出反馈得到了具有多步骤信息延迟的闭环离散事件系统的模型，给出了求解矩阵束A（z）一般意义特点的特征代数运算方法，并对相关过程进行了建模与分析。算例表明：本文所提出的方法是有效的，对实践中的运行管理具较强参考作用。

参考文献：

[1]华克强,蔡毓峰,高峥.基于极大代数的航班进离港优化调度[J].中国民航学院学报,2004,23（3）:1-5

[作者简介]杨初长（1979），男，工程师，2002年毕业于桂林电子科技大学计算机系，现在中国地质科学院岩溶地质研究所从事计算机网络研究。