PC工作站在無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

分布式無線通信系統(tǒng)(Distributed Wireless Communication System,縮寫為DWCS)采用分布式天線、分布式處理控制、聯(lián)合信號處理等技術(shù)，提高了系統(tǒng)頻譜效率和功率效率，增強了系統(tǒng)靈活性和擴展性。

　　DWCS中采用了網(wǎng)絡(luò)無線電(network radio)的設(shè)計思想。網(wǎng)絡(luò)無線電是通用處理器單元通過光纖互連，構(gòu)成高性能的計算集群，完成系統(tǒng)信號處理及控制功能，與軟件無線電類似，其結(jié)構(gòu)靈活，具有很強的系統(tǒng)擴展性，并具有更快的計算速率、可支持更高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

　　軟件無線電系統(tǒng)中的通用處理器通常是DSP/FPGA等專用器件，本文所設(shè)計的軟基站系統(tǒng)中則采用了PC機工作站作為信號處理單元。表1詳細比較DSP/FPGA和PC工作站的優(yōu)缺點。

　　表1 DSP與PC工作站性能比較

　　本文結(jié)構(gòu)如下：首先將介紹軟基站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及所需要的軟硬件;其次重點探討軟基站設(shè)計及實現(xiàn)中所面臨的難點問題，包括：網(wǎng)絡(luò)吞吐量、子模塊運行速率以及系統(tǒng)運行速率;最后給出實際解決方案和系統(tǒng)實測性能分析。

　　1.軟基站系統(tǒng)設(shè)計

　　1.1系統(tǒng)框圖

　　系統(tǒng)整體框架如圖1，為單發(fā)六收結(jié)構(gòu)。移動臺由視頻終端和發(fā)射機構(gòu)成，基站端由六臺接收機以及PC工作站集群構(gòu)成。攝像頭實時采集圖像，經(jīng)發(fā)射機處理后，送至無線信道;基站六路接收機收到信號后，把信號傳至工作站處理，最后在終端輸出顯示。實際上，該系統(tǒng)對業(yè)務(wù)是透明的，不但可以傳輸視頻，也可以傳輸其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　1.2計算集群配置

　　計算集群由兩臺PC機工作站組成，配置基本相同：cup AMD sempron2500+(64位);內(nèi)存512MB，DDR400;網(wǎng)絡(luò)接口適配器100Mbps;網(wǎng)絡(luò)交換機100Mbps。

　　軟件平臺是Redhat 9.0,內(nèi)核版本2.4.20-8。為了提高信號處理速度，有些信號處理模塊采用intel的SSE和SSE2指令集優(yōu)化，須用高版本編譯器，本系統(tǒng)使用的gcc3.3.1。

　　2 關(guān)鍵問題分析及性能測試

　　2.1 A/D吞吐量瓶頸

　　射頻信號經(jīng)過A/D采樣之后的數(shù)據(jù)量非常龐大，例如采用8bit，50MHz A/D，采樣之后輸出數(shù)據(jù)率達400Mbps;如果同時處理六路接收信號，則最高速率將達到400Mbps×6=2.4Gbps，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中很難支持如此高的數(shù)據(jù)傳輸。

　　本系統(tǒng)設(shè)計中在A/D采樣數(shù)據(jù)發(fā)送給PC之前，首先把數(shù)據(jù)率降下來。因此，為每一路接收天線配備接收機，用于對A/D采樣之后的信號預(yù)處理，把射頻信號轉(zhuǎn)化成基帶信號，以降低數(shù)據(jù)率。接收機基于FPGA實現(xiàn)，其功能包括：數(shù)字下變頻、幀同步、AGC、AFC等。

　　接收機的引入，把接收信號分兩級處理，解決了A/D吞吐量瓶頸。8bit，50MHzA/D采樣數(shù)據(jù)速率是400Mbps，通過接收機，轉(zhuǎn)變成基帶信號速率降至3.25MB/s. 六路信號總速率最高到19.50MB/s,能夠在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)條件中傳輸。

　　圖2是信號處理模塊的邏輯圖，接收機首先對信號預(yù)處理，做A/D采樣、下變頻、幀同步;而信號處理的其他模塊在計算集群PC工作站中完成。

　　2.2子模塊吞吐能力優(yōu)化

　　在上述軟基站結(jié)構(gòu)中，PC工作站承擔(dān)的信號處理模塊包括：信道質(zhì)量估計、單載波頻域均衡、解擾、解交織以及TPC譯碼等。因為PC機的計算能力相對較弱，有可能使某子模塊運算速率過低，影響系統(tǒng)性能，所以設(shè)計時必須優(yōu)化各子模塊的計算吞吐速率。

　　圖2 軟基站功能框圖