动态频谱共享系统中无线传输链路的DSP接口设计与实现

论文摘要

随着无线通信技术的飞速发展及无线用户的不断增长,无线频谱资源成为非常稀缺的资源。为了充分利用频谱资源,人们提出了“认知无线电（CR,Cognitive Radio）技术”。频谱感知无线电是认知无线电的简化形式,它只关注于频谱,并通过实时感知授权用户的存在与否以决定是否可以使用授权频段进行无线通信。本课题来源于动态频谱资源共享宽带无线通信系统验证网络开发项目,该项目目标是在694-806MHZ电视频段进行动态频谱资源共享的功能演示,从而验证频谱感知无线电技术的可行性。为了实现频谱资源共享,网络节点是基于软件无线电平台的,并且采用当前最流行的CPCI工控机+DSP+FPGA的硬件体系架构实现。其中CPCI工控计算机用作协议处理机,完成3种网络架构的协议处理工作;DSP+FPGA作为基带板实现无线传输链路的物理层功能。本文研究的主要内容是基带板卡DSP接口的硬件设计和软件实现,基带板硬件设计中详细介绍了使用PCI6152桥将基带板上两片DSP扩展到CPCI工控机的PCI接口硬件连接;以及DSP和FPGA之间、DSP和DSP之间总线连接。DSP接口软件设计部分重点阐述了用于实现协议层和物理层（DSP）之间数据和命令交互的PCI接口,包括PCI驱动开发方案、PCI地址映射机制、PCI中断机制和PCI与DSP消息通信机制等。基带处理部分详细描述了DSP和FPGA、以及DSP与DSP之间的接口操作和接口协议实现。此外,本文还研究了使用C6455 DSP片上集成的TCP2协处理器实现接收机Turbo译码。在测试过程中,首先对PCI接口性能进行了独立、全面的测试。然后在PCI接口测试基础上,通过DSP对上层不同管理命令的响应分别验证了DSP其它接口性能。最后,在整个硬件平台上,经中频对接和无线传输两种环境下测试,验证了硬件平台的可靠性和接口数据传输的正确性,以及接口协议设计的合理性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及研究任务
• 1.1.1 认知无线电技术的发展背景
• 1.1.2 动态频谱资源共享系统
• 1.1.2.1 频谱感知认知无线电
• 1.1.2.2 课题研究任务及关键技术
• 1.1.2.3 动态频谱资源共享试验系统网络模型
• 1.2 PCI 总线传输技术概述
• 1.2.1 PCI 总线
• 1.2.2 PCI、PCI-X 和PCI-Express 总线
• 1.2.3 Compact PCI 工业计算机总线标准
• 1.3 论文主要工作及章节结构安排
• 第二章 软件无线电硬件平台设计
• 2.1 多网络融合架构下的无线传输机制[10]
• 2.1.1 物理层传输参数
• 2.1.2 信道模型
• 2.1.3 物理层传输功能框图
• 2.2 软件无线电硬件平台方案
• 2.2.1 网络节点通信机结构[12]
• 2.2.2 基带处理板结构及功能
• 2.2.3 主要芯片介绍
• 2.3 基带板DSP 接口硬件设计
• 2.3.1 PCI 接口设计
• 2.3.2 DSP 和FPGA 之间的总线连接
• 2.3.3 DSP 和DSP 之间的双口RAM 接口设计
• 2.3.4 实物图
• 2.4 本章小结
• 第三章 硬件平台DSP接口软件实现
• 3.1 DSP 接口模型
• 3.2 主机和DSP 间PCI 接口实现
• 3.2.1 PCI 接口实现方案
• 3.2.2 PCI 驱动程序设计流程
• 3.2.3 PCI 地址映射机制
• 3.2.3.1 DSP0 从窗地址映射
• 3.2.3.2 DSP1 主窗地址映射
• 3.2.4 PCI 中断机制
• 3.2.5 PCI 接口消息通信机制
• DSP0 下行数据发送'>3.2.5.1 PCI 驱动—>DSP0 下行数据发送
• PCI 驱动上行数据接收'>3.2.5.2 DSP1—>PCI 驱动上行数据接收
• 3.2.5.3 管理类消息交互
• 3.3 DSP 和FPGA 之间的接口实现
• 3.3.1 接口模型
• 3.3.2 基带数据发送流程
• 3.3.3 基带数据接收流程
• 3.3.4 控制命令交互
• 3.4 DSP 之间的双口RAM 接口实现
• 3.4.1 接口模型及功能
• 3.4.2 DSP 初始化交互及命令转发
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于C6455DSP TCP2协处理器的Turbo译码实现
• 4.1 TCP2 协处理器
• 4.1.1 TCP2 简介
• 4.1.2 TCP2 接口模型和工作原理
• 4.2 TCP2 相关的Turbo 译码算法理论介绍
• 4.2.1 TCP2 编码器结构
• 4.2.2 TCP2 译码器结构及译码过程
• 4.2.3 简化算法Log-MAP 和Max-Log-MAP
• 4.2.4 滑窗MAP 算法
• 4.3 TCP2 编程实现
• 4.3.1 TCP2 任务流程图
• 4.3.2 数据预处理
• 4.3.3 参数配置实例
• 4.3.4 EDMA 实现
• 4.4 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 硬件平台总体性能测试
• 5.1 PCI 接口性能测试
• 5.1.1 基本项测试
• 5.1.2 DSP1 主写速率测试
• 5.2 DSP 和FPGA 之间接口性能测试
• 5.2.1 信道机频道切换测试
• 5.2.2 静默期配置测试
• 5.2.3 管理命令响应时延测试
• 5.3 DSP 和DSP 之间接口性能测试
• 5.4 中频对接测试
• 5.5 网络节点间无线收发测试
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 本文主要工作
• 6.2 下一步研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 硕士研究生期间的研究成果