【摘 要】
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如今无线通信迅猛发展,对高速信号传输也提出了更高的要求,在如今5G通信中,回传网络与前传网络多由光纤进行传输,而无线传输使用较少是由于光纤通信的容量大,无线传输达到同等容量的设计难度较大,但其依旧有价格低廉、建设的周期短、适应性好、拓展性好、维护性好的优点,在特定条件下优于光纤传输。在5G通信中,信号回传需要10Gbps的传输速率,信号前传则需要25Gbps的传输速
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如今无线通信迅猛发展,对高速信号传输也提出了更高的要求,在如今5G通信中,回传网络与前传网络多由光纤进行传输,而无线传输使用较少是由于光纤通信的容量大,无线传输达到同等容量的设计难度较大,但其依旧有价格低廉、建设的周期短、适应性好、拓展性好、维护性好的优点,在特定条件下优于光纤传输。在5G通信中,信号回传需要10Gbps的传输速率,信号前传则需要25Gbps的传输速率,光纤通信的容量大容易实现传输速率目标,而无线传输中基带部分的数据转换器采样率不够,造成的带宽不足是限制无线前传实现的一个难题。本课题设计了一种可用于无线回传与无线前传基带部分的板卡硬件平台,此板卡是以FPGA为主控,配合高性能数据转换器、高精度锁相环设计的大带宽基带板卡。首先,本论文对板卡进行需求分析及关键芯片选型,并完成了系统的总体架构设计。在数据传输方面,前传网络需要25Gbps的传输速率,若进行64QAM的调制,则需要5G的信号带宽,根据奈奎斯特采样定理,板卡上数据转换器要有12GSPS的采样率,其中主要限制是ADC芯片,当前TI公司最高性能的ADC芯片也只有6.4GSPS的采样率,于是本论文采用了双AD交错采样的方法进行了接收链路设计,这样板卡的采样率就可以在单ADC采样率的基础上翻倍,达到12.8GSPS可以满足设计需求。在数据处理方面,需要进行编码解码、加扰解扰与调制解调等物理层上下行的数据处理部分,根据数据处理资源对比,选用了Xilinx公司的XCKU040FPGA芯片。其次,对板卡进行了原理图设计与PCB设计。原理图设计部分分为五个模块,包括FPGA及其外围电路设计、接收链路设计、发射链路设计、电源系统设计和时钟系统设计,FPGA及其外围电路设计是针对板卡数据处理能力进行的设计,接收与发射链路设计是针对板卡数据传输能力进行的设计,电源与时钟系统设计则是板卡正常工作的基础设计。PCB设计部分主要分为叠层结构、布局与布线三个方面进行阐述,介绍了设计原理与最终达到的效果。最后,对经过制版焊接得到的基带板卡进行电路调试与功能测试。调试部分先对板卡电源模块进行调试,可以正常上电后再对时钟模块FPGA主控部分进行调试。在解决各种实际调试问题,各主要功能模块均已完全调通后,对板卡的链路传输功能进行测试。对板卡进行了四类测试,包括接收链路测试、发射链路测试、板卡自回环链路测试以及使用双板卡的收发链路测试。最终经过多次链路测试,验证了基带板卡的数据链路传输功能正常。
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