信息通信
INFORMATION & COMMUNICATIONS
2019年第5期
(总第197期)
2019
(Sum. No 197)
刘豪
(广州海格通信集团股份有限公司，广东广州510663)
摘要：在通信技术快速发展的今天，高性能、低功耗、可重构的软件无线电技术在军用和民用通信技术中有着强恿的需 求。面对国外日益严峻的技术封锁现状，在无线通信技术的自主可控方面，研究篡于国产化软件无线电原型系统的技术 有着重要的意义。无卡轴旋切机
关键词：国产化；软件无线电；原型系统中图分类号:TN948 文献标识码:A 文章编1673-1131(2019)05-0162-02
0引盲
本文将从软件无线电的国产化自主可控角度出发，研究 原型通信系统国产化硬件方案和软件实现架构方案。通过国 产化硬件架构开放、软件可重构的SDR 技术构建多频段、多模 式的无线通信原型机。
1原型系统设计
1.1设计目标
原型通信系统主要研究国产化平台软件无线电解决方案。 硬件架构遵循开放式可重构、可加载和软件架构遵循“一■种平 台加载多种波形”的设计思想。因此，原型系统设计目标主要 包括：_是对基带数字平台进行国产化设计。在满足功能和 性能的前提下，设计自主可控以及可以平滑升级的国产化基 带数字硬件。二是选用国产化射频模块来搭建原型系统，达 到支持多频段、多模式的无线通信的目的。三是设计基带数 字模块和射频模块的兼容接口，满足基带模块适配不同射频 模块的需求，快速重构出符合需求的原型通信系统。1.2硬件方案quantumas
原型系统硬件方案示意图如图1所示，主要由两大部分 组成，第一部分是基带模块，第二部分是射频模块。该原型系 统的硬件方案的芯片从下面几个方面进行选型：一是要求国 产芯片满足目前先进性的需求，代表了当前国产化最高的工 艺和技术水平；二是满足高性能、低功耗的高集成度芯片需求; 三是通过FPGA 芯片扩展基带射频接口，满足射频模块可扩 展的需求，构建多频段、多模式通信系统。
基于原型系统的设计目标，基带模块选择的芯片组合为 瑞芯微RK3399K 和复旦微电子FPGA 芯片FMK50，射频模 块选择杭州城芯科技的CX 系列射频模块或者其它国产化射 频模组。
丛带模块
图1原型系统硬件方案示意图
(DRK3399K 芯片：该芯片是瑞芯微自主研发的一款28nm 低功耗、高性能移动终端处理芯片，支持一20€〜85°C 的工作温 度，集成了 2个Cortex-A72大核和4个Cortex-A53小核，计 算处理能力强劲。具有 I 2S/PCM 、SPI 、PCIe 、GMAC 、LCD 、USB 、 UART 等丰富的外设接口，完全满足通信原型样机外设功能需 求。CPU 主频高达1.8GHz，满足无线通信系统应用软件、网络 层软件、接入层软件和部分物理层软件运算和处理的需求。
(2) FMK50芯片：该芯片是复旦微电子推出的一款28nm 低功耗、高性价比的FPGA 芯片，支持-40C 〜100C 的工作 温度。I/O 带宽峰值高达52Gbps,264GMAC/s 的DSP 处理能 力，该芯片具有PCIe 的接口，通过该接口与通用处理器 RK3399K 进行数据交互,X1模式速率高达1.25Ggw，满足高 带宽数据通信的需求。同时,RK3399K 通过SPI 接口与FPGA 互连，用于控制协议数据的交互。此外，通过FPGA 丰富的1/ O 资源设计兼容当前主流的RBDP.LVDS 和DigRF 等射频芯 片接口，用于适配不同射频模块单元。
(3) C X9261射频模块：该射频模块是杭州城芯自主研发的 一款宽频带多模射频收发芯片，该芯片集成了独立的三个接 收通道和两个发射通道，支持频段范围70MHz^2700MHz，支
能力、在线实时报告、数据分析具有代表性等特点。由此可见, 在未来的一段时间内，基于嵌入式系
统的在线激光粒度测量 技术将会给相关产业带来巨大的发展空间与前景”基于嵌入 式系统的在线激光粒度测量技术将成为该行业领域竞争的焦 点以及重点。在此行业，开发更加先进的粒度取样程序以及 样本分离程序，提高在线激光粒度测量设备的精准性，使得在 线与离线的测量结果趋近相同，以及设备的安装与使用过程 中稳定性的增加都是值得更进一步思考与研究的。
参考文献：
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作者简介：廉洁(1969-)，女，河南郑州人，学士，教授，研究方 向：智能仪器仪表。
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信息通信刘豪：基于国产化软件无线电原型系统研究
持TDD和FDD模式，可调谐通道带宽范围20kHz〜60MHz,
支持RBDP并行接口、SPI和GPIO接口。CX9261芯片集成低
酚醛模塑料噪放、混频器、多自动增益控制、直流偏移对消、
功率强度检测、ADC/DAC、驱动放大器、电源管理、小数分频频
率综合、逻辑控制、抽取/插值滤波、数字下变频和自动校准等
功能。同时，该芯片基于软件无线电设计理念，其可编程性使
该射频芯片广泛应用于现代军用和民用无线通信设备。
1.3软件方案
原型通信系统采用基于软件无线电体系结构"睹导思路进
行开发。软件无线电的设计以“一种架构统多种平台、一种平台信号转换器
加载多种波形、一种波形适应多种平台”为目标，采用基于高性
能的通用计算硬件平台和基于软件通信体系架构的软件平台
快速迭代开发通信波形，实现自主可控的国产化原型通信系统。
应用
钢骨柱软件0-----------------------------------------------------------------------------1配'用］（悴Wl］1数抓］［许齐］
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层
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通用软件严台设备平台服务捕ffifflllW|Turbo译的孩心框架 f.'uzijyfflj|it少检测
平台
通信中间件GPP
硬件抽鹤凰FPGA
硬件轴皱屋
国产化操作系统
通用
BSP、接口驱动FPGA接口删动険件
平台
GPP（通川处理器）FPGA
图2原型通信系统软件架构示意图
原型系统软件架构如图2所示，该架构主要包括通用硬件平台、通用软件平台、应用软件三大部分。
一是通用硬件平台设计符合软件无线电硬件接口规范，在此基础上，通过封装通用硬件平台的BSP接口驱动组件供通用软件平台层调用。
二是通用软件平台层包括国产化操作系统、硬件抽象层、通信中间件、核心框架、平台设备及平台服务。其中关键的硬件抽象层技术将遵循国军标《软件通信体系结构硬件抽象层应用程序接口》规范进行设计，屏蔽硬件平台的差异，为各计算单元定义统一的硬件访问接口，实现波形软件在不同硬件平
压铆螺钉台的平滑移植。通信中间件是分布式环境中屏蔽国产操作系统异构性与网络协议异构性，实现应用软件面向对象的跨平台通信的中间层软件。核心框架是软件无线电通信体系架构中所定义的重要组成部分，是应用层接口和服务的基本“核心”集，为波形应用软件设计者提供对底层软件和硬件的高层次抽象。基于以上平台设施，在GPP通用处理器上部署部分物理层（交织/解交织、编码、调制）、链路层、接入层、网络层、汇聚层和主控层的服务，在FPGA逻辑处理器上部署实现物理层相关的解调、滤波、信道均衡、同步检测、信道控制、插值和抽取等对时延要求高的计算处理模块。
三是应用软件主要包括显示、配置、管理、数据和语音等通信业务功能。通过可视化的人机交互界面，实现国产化通信系统的应用软件。
2关键技术
2.1基带射频接口差异性屏蔽技术
基带射频模块接口差异性屏蔽技术对于评估种类繁多的射频模块功能性能指标具有重要意义。由于通用处理器单元对射频芯片的接口比较单一，不能适配不同射频芯片接口。因此，需要利用FPGA丰富的10资源来扩展射频接口，达到屏蔽射频接口差异的目的。具体方案如图］所示，可以通过FPGA 扩展出RBDP、DigRFV4、EVDS等射频芯片接口，满足同一基带单元适配不同射频模块的目的，可以快速构建出多频段、多模式的无线通信原型系统。
2.2高性能低功耗国产化基带乎台技术
在原型系统的设计方案上，选用了国产化芯片RK3399K 和FMK50芯片组成基带平台，此两款芯片是当前国产化高性能芯片的代表，满足高性能无线通信基带波形软件的开发需求。通过SDR软件无线电设计架构快速重构基带处理单元，设计上以通用处理器GPP+FPGA的简洁方案来实现，具有高性能、低功耗，体积小的优势。
原型系统功耗涉及众多因素，包括硬件、软件等诸多方面，围绕国产化基带平台低功耗要求，在硬件低功耗、软件低功耗两个方面进行了设计。
硬件方面，主要进行低功耗元器件选型、CPU动态调频调压低功耗设计、电源精细化管理、外围设备的低功耗设计。
软件方面，结合操作系统，开展核心处理器电源管理，包括静态电源管理和动态电源管理两个方面。静态电源管理方面，利用操作系统内核对CPU的状态控制，在ON、Standby. Suspend和Hibernate四种电源状态中对CPU进行状态切换，终端的外围电路应尽可能使用中断的方式与CPU通信，避免CPU长期处于ON、Standby等状态，节省CPU功耗。动态电源管理方面，搭建电源管理系统以及外部可控的时钟总线，结合操作系统的负荷，对GPP的工作频率、工作电压进行调节，实现更精细、更智能的电源管理。
2.3基带软件快速迭代移植技术
歸软彳陽植研究鯛带的架构抽融术和SCA软件无线电通信体系结构设计技术来实现。SCA按照开放体系架构“通用化、模块化、组件化”的设计原则，设计支持软硬松离，具有硬件可重构、软件可升级、功能可扩展彝点。
根据SCA软件无线电通信体系结构，该体系结构自下而上包括通用硬件平台、通用软件平台、基带波形三个部分。通用硬件平台抽象为通用处理器GPP和基带处理器两大部分，屏蔽硬件模块不同的架构设计，按照功能模块划分，实现基于抽象处理架构的设计。通用软件平台包括国产操作系统、中间件、硬件抽象层和核心框架，实现对硬件平台进行统一管理，为波形应用提供一致的运行环境支持。通信波形采用组件化方法进行设计，组件接口标准，通过此设计方案可实现基带软件在不同硬件平台的快速移植和迭代。
3结语
本文研究了国产化软件无线电原型系统设计方案以及提出了该系统的关键技术实现路径。从国产化自主可控角度出发，通过架构开放、可重构的软件无线电技术研究构建出多频段、多模式的无线通信业务。在国外日益严峻的技术封锁现状下，研究高度自主可控的国产化原型通信系统在我国军事无线通信和未来无线通信中具有重要意义。
参考文献；
［1］粟欣，许希斌编著.软件无线电原理与技术［M］.北京：人民邮电出版社,2010.5第一版139-141.
作者简介：刘豪（1983-），男，广东梅人，硕士研究生，专业：电磁场与微波技术。
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