基于SCA的软件无线电在FPGA上设计与实现

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基于SCA的软件无线电在FPGA上设计与实现

作者：高宏伟 吴宇 施峻武 邹黎华 来源：《现代电子技术》2011年第19期

摘 要：在分析现有基于SCA的软件无线电在FPGA上实现方案优缺点的基础上，提出了一种基于FPGA的CORBA通信系统设计方案，有效克服了原有实现方案的缺点，不但为FPGA上的波形组件提供了良好的可重用性、可移植性和动态部分重配置的支持，而且还有效提高了FPGA硬件资源的使用效率，降低了通用处理器的工作负担。最后，针对该设计方案搭建了硬件平台，并给出了系统的性能测试结果，测试结果表明此设计方案是行之有效的。 关键词：软件通信体系架构； 软件无线电； 对象请求代理； GIOP； FPGA 中图分类号： TN92-34 文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2011)19 -0103 -05

Design and Implementation of SCA-based SDR on FPGA GAO Hong-wei1,2，

， SHI Jun-， ZOU Li-

(1. School of Electronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China；

2. PLA Unit of 91604, Longkou 265700, China)

Abstract： A design scheme of CORBA communication system based on FPGA is presented through analyzing advantages and disadvantages of SCA-based SDR implemented on FPGA. Comparing with the existing scheme, this scheme with several advantages such as reusability, transportability and reconfiguration of dynamic part, which has improved availability of hardware resource of FPGA and reduced the operation of GPP(general purpose processor). Finally, a hardware

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platform is built based on the system scheme. The performance test results show that the design can work well in use.

Keywords： software communication architecture； software defined radio； object request broker； general inter-ORB protocol； FPGA 收稿日期：2011-05-10 0 引 言

自1992年Jeo Mitola中提出了软件无线电(Software Defined Radio，SDR)的概念［1］以来，有许多公司和团体致力于SDR的研究和开发，并取得了一定成果。但由于没有统一的标准，各研发单位采用各自不同的解决方案和实现架构，从而导致了不同制造商的SDR波形组件相互不兼容，难以实现互连、互通、互操作，不能进行有效的协同工作，而且也不容易实现重配置［2］。为了解决这些问题，美军JTRS(Joint Tactical Radio System)JPEO(Joint Program Executive Office)制定了软件通信体系架构(Software Communication Architecture，SCA)规范，用以实现不同波形组件间的可移植性，以降低开发费用、缩短开发时间［3］。SCA基于POSIX、CORBA(Common Object Request Broker Architecture)和面向对象等技术，提高了SDR的互操作性以及波形组件的可移植性和可重用性，并获得了GPP(General Purpose Processor)的良好支持，使基于SCA的SDR在GPP上能够很好地实现。

随着对无线通信带宽、速率等提出的更高要求， GPP受工作方式、处理能力的限制，难以满足这些要求，这就需要FPGA(Field Programmable Gate Array)的加入来实现波形组件的并行处理和高速运算等功能。虽然SCA为GPP上的波形组件提供了很好的可移植性和可重用性，但目前还没有一个标准能够为FPGA上的波形组件提供这种支持。为了实现FPGA上波形组件的可移植性和可重用性，一些方案是在GPP上实现FPGA上波形组件的代理，其中比较典型的是JTRS JPEO提出的MHAL(Modem Hardware Abstraction Layer)［4］，同时，也有部分公司或团体提出了直接在FPGA上实现CORBA的方案。本文将在分析MHAL和现存的CORBA方案优缺点的基础上，提出一种在FPGA上实现CORBA的改进设计方案，并对该方案进行了测试验证。 1 技术介绍 1.1 CORBA简介

CORBA中间件标准是SCA必需的中间件层，它为SDR系统提供所需的通信架构。CORBA位于应用程序和操作系统之间，屏蔽了不同平台、操作系统、网络协议等的差别，为开发者提供了一致的调用模式。通过CORBA，应用组件可以获得良好的可移植性、可重用性和互操作性。