基于FPGA的ARM控制与AXI总线联合设计文献综述

 2022-09-26 17:24:54

  1. 文献综述(或调研报告):

认知无线电概念最早是由瑞典Joseph Mitola 博士于1999 年8 月提出的,是对软件无线电功能的进一步扩展。Joseph Mitola 博士提出认知无线电的概念,最初的主要目的是想解决前面提到的频谱资源的有效利用问题。【2】

认知无线电是一种具有频谱感知能力的智能化软件无线电,它可以自动感知周围的电磁环境,通过无线电知识描述语言(RKRL)与通信网络进行智能交流,寻找“频谱空穴”,并通过通信协议和算法将通信双方的信号参数(包括通信频率、发射功率、调制方式、带宽等)实时地调整到最佳状态,使通信系统的无线电参数不仅与规则相适应,而且能与环境相匹配,并且无论何时何地都能达到通信系统的高可靠性以及频谱利用的高效性。该技术并没有单一的、统一的、全球辨识的定义。这个领域内的参与者之间存在细微的不同的释义。除此之外一系列相关的部件也被推动并各种程度地被应用。包括基于软件的无线电【7】、可重置无线电、架构灵活无线电。各种释义中的主要参数和相关术语是通过改变软件和不修改软件无线电平台如何灵活地改变无线电波形。显然,很理想但不可实现的目标是通过简单地加载适当的SW,能够以任何所需的频率,带宽,调制和数据速率进行通信。通常软件无线电被给予更实际的解释,这意味着在软件中定义了大部分波形,从而可以灵活地在实际系统给出的某些范围内改变波形。通常假设灵活性至少扩展到多频带和多调制。 具体定义的示例是软件无线电论坛【8】和联邦通信委员会【9】提供的定义。

认知无线电的架构设计原则是将SDR、传感器、感知和自主机器学习(AML)融合在一起,利用在射频(RF)端和用户域中的观察(传感、感知)、导向、规划、决策、行动和学习(OOPDAL 环)能力,来提供更好的信息质量(QoI),并且利用SDR、传感器、感知和AML 集成在一起创造意识、自适应和认知无线电,在射频和用户域完成从简单的感知或自适应变换为确定的认知无线电。图3 给出了理想认知无线电功能组件架构,包括了SDR 单元和相关认知单元。认知无线电架构在计算智能和学习能力上提升了软件无线电。、

软件无线电的最大优点是跟踪新技术的能力。现有无线通信系统的技术应用已远远落后于数字通信。这在很大程度上是由于时间和经费的问题,包括配置底层的基础设备来完成特殊的空中标准设置。因为资金投入很大,不可能经常对设备升级,因此新技术应用大约会滞后10年。例如在美国的大部分地区,蜂窝网的基础设施仍是模拟AMPS标准(设计于1978年),尽管部分转换成了数字系统,但现在用的数字系统技术也已经远远落后于技术的发展。3G的系统原型就是一个例证。

在信号情报、电子战、测试和测量、公共安全通信、频谱监测和军事通信等市场中,软件无线电已成为事实上的行业标准。其中一些市场使用硬件专用集成电路(ASIC),而其他市场已使用可编程数字信号处理器(DSP)。图1显示了过去30年采用软件无线电的进展情况。

第二代:RFIC、FPGA和EDA工具的进步是在4G LTE基础设施驱动下实现二代软件无线电的重要因素。几乎所有的LTE基站都是用RFIC和FPGA开发的。一些较大的基础架构供应商最终将转向专用集成电路(ASIC),但即使如此,基带ASIC大部分也是可编程的,因为它们使用与“硬件加速器”相连的处理器实现计算密集型功能,例如turbo解码,通常会超出处理器的性能或功能限制。

第三代:第三代软件无线电显示了第二个市场波动发生在4G LTE手机持续向软件无线电架构转型时。这种转变是由泰思立达(Tensilica)和高通(Qualcomm)等公司提供的用于手机优化的低功耗、高性能DSP内核实现的。像用于基础设施的基带ASIC一样,这些内核将被集成到专用标准产品(ASSP)或ASIC中,大部分用于物理层处理,连接硬件加速器。一旦发生这种转变,软件无线电就呈指数级增长了,并逐渐成为无线电的实际行业标准。

而下一代软件无线电的目标则是将模拟和数字技术结合在单片上,进一步降低成本、尺寸、重量和功耗,使其轻量化、甚至可以直接应用于手机。

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