PC工作站在無(wú)線通信系統(tǒng)DWCS中的應(yīng)用

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

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

　　軟件無(wú)線電系統(tǒng)中的通用處理器通常是DSP/FPGA等專(zhuān)用器件，本文所設(shè)計(jì)的軟基站系統(tǒng)中則采用了PC機(jī)工作站作為信號(hào)處理單元。表1詳細(xì)比較DSP/FPGA和PC工作站的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　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(diǎn)探討軟基站設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)中所面臨的難點(diǎn)問(wèn)題，包括：網(wǎng)絡(luò)吞吐量、子模塊運(yùn)行速率以及系統(tǒng)運(yùn)行速率;最后給出實(shí)際解決方案和系統(tǒng)實(shí)測(cè)性能分析。

　　1.軟基站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　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(dòng)臺(tái)由視頻終端和發(fā)射機(jī)構(gòu)成，基站端由六臺(tái)接收機(jī)以及PC工作站集群構(gòu)成。攝像頭實(shí)時(shí)采集圖像，經(jīng)發(fā)射機(jī)處理后，送至無(wú)線信道;基站六路接收機(jī)收到信號(hào)后，把信號(hào)傳至工作站處理，最后在終端輸出顯示。實(shí)際上，該系統(tǒng)對(duì)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(jì)算集群配置

　　計(jì)算集群由兩臺(tái)PC機(jī)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(jī)100Mbps。

　　軟件平臺(tái)是Redhat 9.0,內(nèi)核版本2.4.20-8。為了提高信號(hào)處理速度，有些信號(hào)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(wèn)題分析及性能測(cè)試

　　2.1 A/D吞吐量瓶頸

　　射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)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(dá)400Mbps;如果同時(shí)處理六路接收信號(hào)，則最高速率將達(dá)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(jì)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(lái)。因此，為每一路接收天線配備接收機(jī)，用于對(duì)A/D采樣之后的信號(hào)預(yù)處理，把射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成基帶信號(hào)，以降低數(shù)據(jù)率。接收機(jī)基于FPGA實(shí)現(xiàn)，其功能包括：數(shù)字下變頻、幀同步、AGC、AFC等。

　　接收機(jī)的引入，把接收信號(hào)分兩級(jí)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(guò)接收機(jī)，轉(zhuǎn)變成基帶信號(hào)速率降至3.25MB/s. 六路信號(hào)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(hào)處理模塊的邏輯圖，接收機(jī)首先對(duì)信號(hào)預(yù)處理，做A/D采樣、下變頻、幀同步;而信號(hào)處理的其他模塊在計(jì)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(hào)處理模塊包括：信道質(zhì)量估計(jì)、單載波頻域均衡、解擾、解交織以及TPC譯碼等。因?yàn)镻C機(jī)的計(jì)算能力相對(duì)較弱，有可能使某子模塊運(yùn)算速率過(guò)低，影響系統(tǒng)性能，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須優(yōu)化各子模塊的計(jì)算吞吐速率。

　　圖2 軟基站功能框圖