CN102790640B - 基于fpga的多系统、多频段、多载波数字直放站 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站。该直放站包括：FPGA功能模块，用于完成对采样信号的数字下变频、上变频、抽取滤波及插值滤波；AD及DA功能模块，用于对模拟信号的采样和对数字信号的恢复；CPU功能模块，用于配置AD、DA功能模块及锁相环功能模块，与FPGA功能模块通信并进行数据交换，与外部控制板通信并接收改变直放站模式的设置参数；锁相环功能模块，用于分别输出时钟给AD功能模块、DA功能模块、FPGA功能模块及CPU功能模块；电源模块，对该数字直放站的各部分供电。本发明的数字直放站能相对简单的实现参数改变，经过OMT(操作维护终端)把相应数据通过CPU传输给FPGA实现在线升级程序，轻松实现多选频、多选带、多选频和多选带混合等模式的变换。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术，尤其涉及一种基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站。
背景技术
直放站属于同频放大中继设备，是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强器。直放站在下行链路中，由施主天线在现有的覆盖区域中拾取信号，通过带通滤波器对带通外的信号进行极好的隔离，将滤波后的信号经功放放大后再次发射到待覆盖区域。在上行链接路径中，覆盖区域内的移动台手机的信号以同样的工作方式由上行放大链路处理后发射到相应基站，从而达到基站与手机之间信号传递。
由于不同地区和国家运营商之间的差异，在同一个通信系统中会出现有多个频段，例如，GSM的基站每个扇区有很多载波，CDMA和WCDMA的基站每个扇区也可使用多个载波，另外，俄罗斯部分运营商DCS系统中会有多个不相连的频段，印度运营商也有在GSM系统和DCS系统中有多个不相连频段在实际工程中应用的情况。实际上，任何移动通信的直放站选频系统中，同一系统都可能会有多载频/多频段的要求，比如CDMA多载波/多频段，WCDMA多载频/多频段，AWS多载频/多频段，GSM多频段/多载波，DCS多频段/多载波，PCS多频段/多载波，集群通信系统中也会有多载波/多频段的要求，比如iDEN多载频/多频段，Tetra多载频/多频段，GSM-R多载频/多频段，GoTa多载频/多频段，GT-800多载波/多频段。因此，当运营商有多载频和多子带需要分开处理(放大、控制、统计)时，就需要直放站能处理多载频或多频带选频的能力，模拟直放站已经很难满足运营商这种日益发展的需求。
随着通信技术的不断的发展，传统的模拟直放站已经逐步退出市场，并被数字直放站代替，然而目前由于各个厂商生产数字直放站的灵活和兼容性差，造成市场上的数字直放站种类繁多，制式单一。对于现有的数字直放站来说，各种模式和应用方式一旦改变，就需要通过比较繁琐的方式来重新设定，大大增加人力和成本。
发明内容
本发明的目的在于能够轻松实现数字直放站的多选频、多选带、多选频和多选带混合等模式的变换。
为实现上述目的，本发明提供一种基于FPGA(现场可编程门阵列)的多系统、多频段、多载波数字直放站，其包括：
FPGA功能模块，用于完成对采样信号的数字下变频、数字上变频、抽取滤波及插值滤波；
AD功能模块及DA功能模块，用于对模拟信号的采样和对数字信号的恢复；
CPU功能模块，用于配置AD功能模块、DA功能模块及锁相环功能模块，与FPGA功能模块通信并进行数据交换，与外部控制板通信并接收改变直放站模式的设置参数；
锁相环功能模块，用于分别输出时钟给AD功能模块、DA功能模块、FPGA功能模块及CPU功能模块；
电源模块，对该基于FPGA的多模兼容数字直放站的各部分供电。
其中，所述AD功能模块采用ADS62C17芯片。
其中，所述DA功能模块采用DAC3484芯片。
其中，所述CPU功能模块采用NUC100RD1BN芯片。
其中，所述FPGA功能模块采用XC6VCX75T芯片。
其中，所述锁相环功能模块采用LMK04001芯片和CDCLVP110VF芯片组成。
其中，所述FPGA功能模块的工作时钟为245.76MHz。
其中，所述AD功能模块的采样时钟是122.88MHz。
其中，所述DA功能模块的恢复时钟是122.88MHz。
本发明的基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站，能相对简单的实现参数改变，经过OMT(操作维护终端)把相应数据通过CPU传输给FPGA实现在线升级程序，轻松实现多选频、多选带、多选频和多选带混合等模式的变换。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
附图中，
图1为本发明基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站一较佳实施例的原理结构框图；
图2为本发明基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站一较佳实施例的带宽改变设置系数加载流程图。
具体实施方式
参见图1，其为本发明基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站一较佳实施例的原理结构框图。该较佳实施例的基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站主要包括AD功能模块1、DA功能模块2、CPU功能模块3、FPGA功能模块4、锁相环功能模块5及电源模块6，各模块之间电性连接。
AD功能模块1及DA功能模块2主要用于对模拟信号的采样和对数字信号的恢复；AD功能模块1和DA功能模块2都是双通道的，位于直放站的上行链路和下行链路中。因为考虑到兼容DCS的75M带宽，AD功能模块1选用的是TI公司的ADS62C17芯片，此芯片带有SNRBOOST(信噪比升压)功能，能够有效的抑制噪声系数，提高动态范围。
DA功能模块2的芯片选择的是DAC3484，考虑到多模式共存的状态，所以在此实施例中预留了两个AD芯片和DA芯片，当只是单制式的选带或者选频产品的话，其实只需要1个DA芯片和1个AD芯片，能够在一定程度上节约成本，提高产品的竞争力。
CPU功能模块3用于配置AD功能模块1、DA功能模块2及锁相环功能模块5，与FPGA功能模块4通信并进行数据交换，与外部控制板通信并接收改变直放站模式的设置参数。此较佳实施例中CPU功能模块3采用的是MCU芯片，具体为NUC100RD1BN芯片。其主要的功能包括：1、对ADS62C17、DAC3484、LMK04001等芯片进行驱动配置；2、对光口的输出进行控制；3、通过SPI或EBI接口与FPGA功能模块4通信，并进行数据交换；4、通过RS 485接口与外部控制板(例如OMT)通信，从而可以通过OMT实现在线设置信道号的方法来改变选频和选带功能；5、操作人员可以预先通过matlab软件模拟改变带宽，自动计算出滤波器的系数，将系数文件打包后通过RS 485接口传输给CPU功能模块3，然后通过CPU功能模块3加载到FPGA功能模块4中，最终实现带宽或者子带数目的改变。
本发明在于设计了相对通用硬件，通过改变软件就能使数字直放站适用多选频(频宽可任意变化、载频数也可任意变化)、多选带(频宽可任意变化、子带数也可任意变化)、多选频和多选带(频宽可任意变化、载频数和子带也可任意变化)混合等模式的变换。具体设置步骤参见图2，其为本发明基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站一较佳实施例的带宽改变设置系数加载流程图。主要步骤包括：
操作人员可以控制CPU功能模块3通过RS 485接口与外部控制板通信，从而可以通过OMT实现在线设置信道号的方法改变选频和选带功能，包括：
步骤10、设置通带；
步骤20、设置阻带；
步骤30、设置子带号；
步骤40、选择串口；
然后进行步骤50、产生系数文件，操作人员可以利用常用的软件如matlab，拟改变带宽，自动计算出滤波器的系数；
然后进行步骤60、加载系数文件，将生成的系数文件打包后通过RS485接口传输给CPU功能模块3，然后通过CPU功能模块3加载到FPGA功能模块4中，最终实现带宽的改变。
FPGA功能模块4用于完成对采样信号的DDC(数字下变频)、DUC(数字上变频)、抽取滤波及插值滤波，此较佳实施例中具体采用了采用XC6VCX75T芯片。
1、FPGA功能模块4主要功能是完成采样信号的DDC、DUC，包含了抽取滤波器、插值滤波器、Serdes(收发器)等功能，通过DDC把AD过来的高速率信号进行降到适合数字信号处理的速率，然后通过FIR抽取滤波器等一系列的处理，选择出所需要的频带或者带宽，再经过DUC插值滤波，把需要的频带或者带宽搬移到需要的载频上，最后再通过后级射频PA放大后，发射出去。
2、考虑到多系统、多频段、多载波的情况，为了节省使用乘法器的数量，尽可能的做到面积和速度平衡的状态，有效利用FPGA功能模块4内部的乘法器，所以选择系统的工作时钟为245.76MHz，因为AD采样时钟为122.88MHz，可以通过FPGA功能模块4内部的DCM(时钟管理单元)把锁相环过来的122.88MHz的时钟进行2倍频来实现。
锁相环功能模块5用于分别输出时钟给AD功能模块1、DA功能模块2、FPGA功能模块4及CPU功能模块3。此较佳实施例中锁相环功能模块5采用LMK04001芯片加BUF(缓冲器)的方法，具体采用LMK04001芯片和CDCLVP110VF芯片组成，输出时钟分别给AD、DA、FPGA、CPU等芯片，完成相应芯片的时钟配置工作和系统工作时钟的输入。
因为系统要求处理最大带宽比较宽，为了节省成本，减少使用AD转换器件，此较佳实施例中选择对模拟信号进行欠采样的处理，AD采样速率是122.88MHz，而系统工作时钟是245.76MHz，Serdes工作时钟是122.88MHz，DA恢复时钟是122.88MHz，接收和发射中频都选择153.6MHz。
电源模块6对该基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站的各部分供电，此较佳实施例采用DC-DC加LDO(低压差线性稳压器)的方式，具体采用了TPS54620等芯片，保证了电源的纹波非常小，充分满足了FPGA等数字逻辑器件核电流大，对电源纹波敏感性比较强的要求。
综上所述，本发明的基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站，能相对简单的实现参数改变，经过OMT(操作维护终端)把相应数据通过CPU传输给FPGA实现在线升级程序，轻松实现多选频、多选带、多选频和多选带混合等模式的变换。让数字直放站多系统、多频段、多载波的变换显得更加简单和易于操作。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站，其特征在于，包括：
FPGA功能模块，用于完成对采样信号的数字下变频、数字上变频、抽取滤波及插值滤波；
AD功能模块及DA功能模块，用于对模拟信号的采样和对数字信号的恢复；
CPU功能模块，用于配置AD功能模块、DA功能模块及锁相环功能模块，与FPGA功能模块通信并进行数据交换，与外部控制板通信并接收改变直放站模式的设置参数；
锁相环功能模块，用于分别输出时钟给AD功能模块、DA功能模块、FPGA功能模块及CPU功能模块；
电源模块，对该基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站的各部分供电；
所述CPU功能模块采用NUC100RD1BN芯片；
所述FPGA功能模块采用XC6VCX75T芯片；
所述CPU功能模块用于将滤波器的系数文件打包后通过RS485接口传输给CPU功能模块，然后通过CPU功能模块加载到FPGA功能模块中，最终实现带宽或者子带数目的改变；
所述电源模块采用了DC-DC加低压差线性稳压器的方式。
2.如权利要求1所述的基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站，其特征在于，所述AD功能模块采用ADS62C17芯片。
3.如权利要求1所述的基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站，其特征在于，所述DA功能模块采用DAC3484芯片。
4.如权利要求1所述的基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站，其特征在于，所述锁相环功能模块采用LMK04001芯片和CDCLVP110VF芯片组成。
5.如权利要求1所述的基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站，其特征在于，所述FPGA功能模块的工作时钟为245.76MHz。
6.如权利要求1所述的基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站，其特征在于，所述AD功能模块的采样时钟是122.88MHz。
7.如权利要求1所述的基于FPGA的多系统、多频段、多载波数字直放站，其特征在于，所述DA功能模块的恢复时钟是122.88MHz。
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