DSP在5G通信基帶處理平臺設(shè)計中的應(yīng)用

李 成

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

5G技術(shù)的應(yīng)用逐漸普及，其數(shù)據(jù)傳輸速率高、延遲低以及系統(tǒng)容量大等優(yōu)良性能在各領(lǐng)域都備受好評[1]。基帶信號處理是5G通信中的關(guān)鍵一環(huán)，但傳統(tǒng)的基帶信號處理方式不能滿足5G通信高速率和低延遲的要求。而DSP具有優(yōu)越的數(shù)據(jù)處理性能，可以同時進行多個指令操作，一個指令周期內(nèi)能夠進行一次乘法與加法，極大提高了運算速度[2]。DSP的程序單元與數(shù)據(jù)空間單元是各自獨立存在的，在運行時能夠同時訪問指令與數(shù)據(jù)，并完成流水線操作，使取出待執(zhí)行的指令過程與譯碼過程重疊執(zhí)行，極大提高了處理效率[3]。此外，DSP還具有優(yōu)秀的抗干擾能力，受外界影響較小，能夠提升基帶處理平臺的穩(wěn)定性和抗干擾能力。基于此，本文設(shè)計了基于DSP的5G通信基帶處理平臺，利用DSP的高性能優(yōu)化5G通信基帶處理平臺。

1 基于DSP的5G通信基帶處理平臺設(shè)計

1.1 基帶信號傳輸模塊設(shè)計

為了發(fā)揮DSP的高性能，平臺需具備較快的數(shù)據(jù)傳輸速率，因此進行高速數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計。當基帶信號傳輸模塊接收信號數(shù)據(jù)時，先在邏輯層內(nèi)獲得接收信號數(shù)據(jù)的時鐘分量并分析得出相位信息，完成時鐘恢復(fù)處理，之后在邏輯層進行串行傳輸和并行傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換與解碼，將處理后的數(shù)據(jù)置于緩存區(qū)，利用CRC測試其是否包含錯誤信息[4]。當基帶信號傳輸模塊發(fā)送信號數(shù)據(jù)時，先利用CRC將信號數(shù)據(jù)打包成高速數(shù)據(jù)包，在緩存區(qū)內(nèi)先分別完成8B/10B編碼與串行傳輸和并行傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換，并送至發(fā)送端口。高速數(shù)據(jù)包在公共緩存區(qū)內(nèi)進行解碼，之后分類處理高速數(shù)據(jù)包，按照處理后的類別將其送至相應(yīng)的信號數(shù)據(jù)處理模塊。高速數(shù)據(jù)傳輸模塊在實際應(yīng)用中，應(yīng)在運行前完成隊列管理、CPPI以及時鐘模塊的初始化，并復(fù)位軟件操作，調(diào)節(jié)高速數(shù)據(jù)傳輸模塊的傳輸模式、PLL設(shè)置以及ID設(shè)置等。

1.2 基于DSP的基帶信號處理

當基帶信號處于低頻段時其頻率譜密度等于零，當基帶信號處于中頻段時其頻率譜密度是冗余的，因此首先對基帶信號進行處理[5]。將x(n)設(shè)為帶通信號，其在通帶內(nèi)某點ω0上可以被分解為兩個相互正交的部分，即：

式中，I(n)表示x(n)的相同分量；z(n)表示x(n)的正頻率部分；Q(n)表示x(n)的正交分量；Re[·]表示復(fù)信號的實部。對已調(diào)信號進行頻率與相位的處理：

控制x(n)的高端頻率ω2≤π/2，避免出現(xiàn)高端頻I[eJ(ω+2ω0)]的反折現(xiàn)象，使x(n)距離基帶信號最遠，避免出現(xiàn)混疊。對于DSP，依照采樣率18.23 MS/s對基帶信號進行采樣，將中頻為22.6 MHz的基帶信號變頻處理為4.19 MHz，使基帶信號的頻率范圍控制在0.86～7.79，避免混疊現(xiàn)象的產(chǎn)生。此時雖然消除了混疊現(xiàn)象的干擾，但仍存在鏡像干擾，因此利用窄過渡帶的低通濾波進行鏡像干擾抑制。

2 實驗論證分析

為了驗證本文設(shè)計平臺的有效性，將所設(shè)計的5G通信基帶處理平臺標記為平臺1，將文獻[4]與文獻[5]中提出的處理平臺標記為平臺2和平臺3，選取信號處理延時與信號傳輸速率為評價指標，用3種平臺分別進行5G通信基帶信號處理實驗。

2.1 信號處理延時實驗結(jié)果

利用3種平臺分別進行實驗，信號處理延時結(jié)果如表1所示。

表1 3種平臺的信號處理延時對比

由表1可知，在4次實驗中，平臺1的信號處理延時均低于平臺2和平臺3，由此證明了相比于平臺2與平臺3，平臺1進行基帶信號處理時有更低的延時，提高了基帶信號處理效率。

2.2 信號傳輸速率實驗結(jié)果

利用3種平臺分別進行實驗，信號傳輸速率結(jié)果如表2所示。

表2 3種平臺的信號傳輸速率對比

由表2可知，相比于平臺2與平臺3，平臺1進行基帶信號處理時有更高的信號傳輸速率，提高了基帶信號的傳輸速度。

3 結(jié) 論

本文將DSP運用在5G通信基帶處理平臺設(shè)計中，經(jīng)信號處理實驗驗證，有效降低了平臺信號處理延時，提高了平臺的信號傳輸速率，為5G通信基帶處理提供了有效的優(yōu)化方案，以期對5G通信的發(fā)展做出貢獻。