基于光纤通信的多机通信系统设计与实现
毕业论文关键词 多机通信 光纤通信 FPGA SPI接口 MCBSP 接口 RapidIO 协议
Title Multi-machine Communication Based on Optical Fiber Communication System Design and Implementation
Abstract In communication systems, the signal processing unit and the antenna unit are separately arranged, which can cause the extra signal power loss. In order to reduce the signal power loss and improve the system performance, in the new scheme the Remote Radio Unit (RRU) and antenna are arranged together while Baseband Unit (BBU) is far away from the RRU, so a reliable long distance data transmission channel must be established between RRU and BBU. A high speed multi-channel and real-time communication system which connects the RRU and BBU is constructed on the FPGA platform by optical fiber medium. The multi-channel communication system between multi machines is implemented. The interface between micro controllers is SPI interface and the interface between DSPs and FPGA is MCBSP interface. A multi-channel and real-time communication system with the bandwidth of 2.5Gbps between multi machines is implemented.
Keywords multi-machine communication fiber-communication FPGA MCBSP SPI
目录
1绪论1
1.1引言1
1.2光纤通信技术简介2
1.4设计目标3
1.5论文主要工作及结构安排3
2基于光纤的多机通信原理4
2.1光纤通信原理4
2.2多机通信原理4
3多机通信方案设计7
3.1系统设计目标7
3.2单片机实现方案7
3.3FPGA方案及初步设计.8
4基于FPGA的光纤多机通信系统设计9
4.1FPGA及其开发环境简介.9
4.2硬件方案12
4.3光纤接口模块IP核的介绍13
4.4接口模块设计20
5FPGA测试和调试.26
5.1基于Modelsim的功能仿真验证26
5.2基于SignaltapII在线调试27
5.3FPGA综合.28
5.4通信功能测试28
6系统性能测试.30
7结论与展望.33
致谢.34
参考文献.35
1 绪论 1.1 引言 通信与信息和技术（ICT）三者合为 21世纪最强劲的经济推动力，其中通信技术又在其中扮演着基础和关键性的作用，通信作为信息和技术交流的管道，是现代社会创新发展的基础设施，也是国民经济健康发展的重要保障。 现代生活的方方面面都离不开通信，其中的通信基站在现代移动通信中起着重要的作用。本课题要研究的就是分布式基站之间的通信。分布式基站由基带单元（BBU）和远端射频单元（RRU）组成，基带单元和射频单元可以部署在不同的地方。传统模拟无线电系统的基带处理、上/下变频等功能全部采用模拟方式实现。把传统的基站拆分为BBU和RRU，这也是未来发展的一个趋势，另外而随着 SDR（Software Defined Radio，软件无线电）的发展，基站的很多功能都采用软件来实现。SDR 的发展使基站的基带模块和射频模块开始采用通用的硬件结构，即基带单元（BBU）和远端射频单元（RRU），通过运行不同版本的软件，就可以实现对多种无线制式的支持。 在通信系统中传统的架构中信号处理单元和天线单元分开布置会造成多达5dB以上的信号损耗,源^自(吹冰:文,论)文]网[www.chuibin.com，因此远端射频模块（RRU）和天线布置在一处。为了减少相互之间的干扰和基站的架设灵活性，基带处理单元（BBU）必须远离 RRU 布置，因此 RRU 和 BBU 之间必须建立一条可靠的长距离数据传输通道，这里我们采用光纤实现高速实时的传输。事实上光纤传输有一些现成的协议标准如 IPX、SDH 等协议。这些都是标准协议，但是复杂度较大，而我们的基站具有一些特殊性，因此可以采用自己订制的方法，所以 FPGA为平台就是一个很好的选择。本课题的最终方案中采用 FPGA（可编程逻辑器件）来实现方案。由于FPGA的可重复编程，可灵活配置的特点，在不改变硬件基础的情况下进行系统的升级和通信协议的更改，还可以对 FPGA进行在线配置，即对于已经部署好的设备，在不召回设备的前提下，也可以通过 IP 网络对其进行系统的在线升级，这无疑会为系统升级带来极大的便利。利用光纤进行数据传输，充分利用光纤高带宽低延迟抗干扰的特点，未来实现全光网络也是一大趋势。利用FPGA进行方案设计，也是某种意义上的软件无线电。我相信通过一代通信人的努力，最终可实现高带宽低延时灵活廉价的通信生态系统。 基站作为无线通信中的核心设备，正在向着更小的体积、更多的频段支持、全 IP 化的网络架构、更绿色环保的发射功率等方向不断发展。相信在不久的将来，基站可能会变成更加普通的一个单元融入我们的生活