采用FPGA的集群通信移動終端設計方案的研究

摘要：集群通信是指揮調度最重要通信方式，伴隨著集群通信的發展，集群通信中的移動終端設備的應用越來越多，FPGA具有高速的信號處理能力，將FPGA應用于集群通信移動終端設計，可改善產品性能。

關鍵詞：集群；通信；移動終端；FPGA；信號處理

引言

集群通信是移動通信中不可缺少的一個分支，它是實現移動中指揮調度通信最有效的手段之一，也是指揮調度最重要的通信方式之一，因此從它誕生時就引起了人們的廣泛注意。集群通信系統一般由終端設備、基站和中心控制站等組成，具有調度、群呼、漫游等功能。

伴隨著全球通信行業的復蘇，集群通信的飛躍，集群通信中的移動終端設備的應用越來越多，目前在移動通信、消費電子、軍事應用、港口碼頭，尤其在地下礦井中受到足夠的重視。

FPGA(現場可編程門陣列)是基于查找表技術的，其基本組成部分有可編程輸入／輸出(I／O)單元、基本可編程邏輯單元、嵌入式RAM、豐富的布線資源、底層內嵌功能單元、內嵌專用硬核等。FPGA中眾多的可編程邏輯單元以二維陣列形式分布在器件的中部，用以實現設計者所需的邏輯功能。可編程輸入／輸出單元分布在器件的四周，它提供器件外部引出端和內部邏輯之間的連接。通過遍布器件內的可編程互連資源，可將器件內部任意兩點連接起來，從而使FPGA內部的邏輯單元和輸入／輸出單元連接成各種復雜的系統。可編程互連資源主要由縱橫分布在邏輯單元陣列之間的金屬線網絡和位于縱橫線交叉點上的可編程開關矩陣組成，一個最小的芯片方案可以轉換來執行多個功能，硬件配置就如同軟件一樣，靈活方便、速度快、移植性好及開發周期短，且可重復應用。因此，FPGA在高容量數字信號處理方面的應用，倍受青睞。

系統方案

本方案主要由集群通信模塊和FPGA芯片組成，方案如圖1所示。

集群通信模塊選用無線寬帶接入終端MEM160模塊，該模塊能夠在基站覆蓋的區域提供寬帶便攜無線接入，為用戶提供語音及上下行速率可達1Mbps的數據服務，廣泛應用于PDA、數字集群通信等。

FPGA芯片選用XC3SS00E，該芯片的主要特點是：采用90nm工藝，大量用戶I／O端口，最多可支持232個I／O端口，支持端口電壓為3.3v、3.0V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V，20個專用乘法器，20個塊RAM，4個專用片上數字時鐘管理(DCM)模塊，可支持上百兆通信。

方案工作原理

基站發送的信號通過天線進入集群通信模塊，集群通信模塊將數據送往FPGA處理系統，經過數據計算處理模塊運算后，FPGA通過內部的集群通信模塊控制單元將數據送往集群通信模塊，集群通信模塊再將信號送往喇叭便完成了發音的功能。收音時，語音通過MIC輸入集群通信模塊，集群通信模塊將數據送往FEGA處理系統，經過數據計算處理模塊運算后，FPGA通過內部的集群通信模塊控制單元將數據送往集群通信模塊、集群通信模塊再將信號通過天線發射出去，便完成了收音的功能。

集群通信的組呼是由調組按鍵來實現的，按鍵按下時此端變為0，不按下時為1，按鍵數為M的話，可實現的組數為M的平方。同樣的方法，MIC值和SPK值也同樣由MIC值和SPK值按鍵調節。

在調節MIC值和SPK值時必須要有LCD顯示屏來顯示一下MIC值和SPK值，否則MIC值和SPK值有可能弄錯，LCD由數值顯示模塊控制。

LCD顯示

LCD顯示用以完成MIC值和SPK值顯示功能。FPGA與一個2行16字符液晶顯示器LCD相連接，它們之間的通信是通過七個接口實現的，其連接圖如圖2N示。

圖3表明了向LCD寫操作建立、保持允許的最小時間以及使能脈沖對時鐘(50MHz或T=20ns)的偏移時間。

SF_D[11：8]的數據值，寄存器選擇信號(LCD_RS)以及讀／寫(LCD_RW)控制信號必須建立并在使能信號LCD E轉向高電平之前至少穩定40ns，使能信號必須保留高電平230ns或更長時間——等于或超過12個時鐘周期(50MHz)。在許多應用中，因為FPGA一般不會從顯示屏讀取數據，故LCD_RW信號可以永遠置低。

根據LCD時序圖的特點，并結合系統要求，利用狀態機、計數器等對FPGA來進行程序設計。圖4給出了LCD顯示某一數值時，LCD顯示程序在ModelSim SE 6.2b下的仿真圖。

結語

通過對集群通信模塊和FPGA的研究，以提高性能為基礎，設計了一種基于FPGA的集群通信移動終端設計方案，該系統具有處理速度快、功耗低、占用面積小、穩定性高的優勢，滿足產品需求。