nFPGA & DSP 在无线通信基带处理中的应用 一 、现场可编程门阵列（FPGA） 特点：一种可编程逻辑器件。高集成度，高速度，高可靠性 可以方便地实现一般逻辑电路功能，以及一些要求快速实时的数据处理功能。 FPGA的结构： 可编程逻辑单元，可编程输入/输出单元，可编程连线 FPGA的设计方法：原理图输入，硬件描述语言以及状态转换图输入方法。 二 、数字信号处理器(DSP) 与通用的微处理器相比，DSP在寻址和计算能力方面比通用微处理器又很大的扩展，所以DSP可以完成数字信号处理要求的大量的实时复杂计算，比如：FIR滤波，FFT等。通信中的应用：语音压缩和编码，纠错编码，基带调制解调，信道均衡和信道估计等算法。 结构特点：1、算术单元： 硬件乘法器： 如C6000中的硬件乘法器可以完成单周期的 两个16位整数的乘法。 多个功能单元： 为了进一步提高速度，DSP里有多个可以并行执行的功能单元。 C6000中有八个功能单元，分为两组，每一组有一个乘法器和三个ALU。 这八个功能单元最多可以同时执行八条32位的指令。加上DSP指令的流水处理，可以进行并行流水处理，大大的提高了运算速度。2、总线结构 传统的微处理器常采用冯.诺依曼总线结构，即：统一的程序和数据空间，程序和数据共享一套总线。而大多数DSP都采用了哈佛总线结构，即：具有独立的程序总线和数据总线，这样DSP可以同时取指令和操作数，提高了处理数度。 C6000系列DSP采用了超级哈佛总线结构：它有一套256 位的程序总线，两套32位的数据总线，一套32位的DMA专用总线。3、大量的片内集成外设： 主要包括：片内存储器，DMA （EDMA），EMIF ，多通道缓冲串口，定时器等等 。 三 、FPGA和DSP两者的比较 二者都可以进行数字信号处理，但二者各有优缺点。 DSP是最常用的实现数字信号处理的途径，它利用程序来实现数字信号处理算法，非常灵活，还可以采用 C 等高级语言来开发，开发周期短。但是由于DSP中只有为数不多的功能单元来处理信号流，所以某一算法能处理的最大数据速率主要受限于DSP芯片速度和DSP所含的乘法器、加法器的数目。 FPGA用硬件来实现数字信号处理算法，硬件电路的并行性可以克服DSP在性能上的一些限制。所以二者常常配合起来使用。 1、软件无线电基础 软件无线电的基本思想是, 采用数字技术，提供一个开放的、通用的平台，利用软件来实现各种电台的功能。这就要求ADC和DAC尽量靠近天线。 传统的超外差式的电台的基本结构： 接收时：天线过来的射频信号，经过和变化的射频本振进行混频，产生统一的高中 频信号，然后和一个固定的中频本振混频，把高中频信号变换到零中频（基带）或 者低中频信号。 发射时基本上是接收的逆过程。 它的缺点： 结构复杂，成本昂贵 软件无线电的解决办法： 使ADC和DAC尽量靠近天线，利用数字技术来进行处理 2、软件无线电中常用到的理论： 带通采样，数字上下变频。 如： 在72.5MHz的中频信号将在 0～5MHz间 产生折叠信号，即欠采样（Nyquist 准则仍然有效） （2）数字上下变频：数字下变频是高速ADC和DSP之间的数据桥梁。从高速ADC采样过来的数字信号，数据速率比较高，对于这样的高速率的信号，如果直接送给DSP，DSP负担过重，难以进行处理，所以在进行后期处理之前通过数字下变频，把高速率的采样信号变换成低速率的、与符号速率成整数倍的采样信号，DSP就可以对低速率的信号进行各种处理。数字下变频的原理： 使数据速率降低最简单的方法就是抽取。对整数倍抽取，同样要满足Nyquist定理的要求，为了使抽取后的信号频谱不发生混叠，要求抽取前的信号频谱限制在一定的范围内，所以要用低通滤波器对信号进行抗混叠滤波。 数字上变频是DSP和高速DAC之间的桥梁。数字上变频原理：数字上变频中用到的是插值，在原始的样本之间可以插入一些零值，插值后的频谱中不仅含有原始信号的基带成分，而且含有高频成分（也就是原始信号频谱的镜像），所以为了从插值后的信号频谱中恢复原始信号频谱，也必须进行低通滤波。
数字上下变频的优点： A 采用数字正交调制解调，可以保证同相通道和正交通道比较精确的正交性 B 用数字电路来实现信号处理功能，对温度等环境条件敏感度小 C 灵活的可编程控制能力 D 可以获得高的集成度
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