【導(dǎo)讀】基于軟件無(wú)線電技術(shù)的擴(kuò)頻調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。為了適應(yīng)移動(dòng)通信的迅猛發(fā)展國(guó)際電聯(lián)西TU提出了把IMT2020標(biāo)準(zhǔn)作。三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)IMT2020標(biāo)準(zhǔn)化建議中最有影響和應(yīng)用前景。是基于擴(kuò)頻通信技術(shù)的W-CDMAcdma2020和TD-SCDMA從而確立了CDMA. 通信技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域中的穩(wěn)固地位使擴(kuò)頻通信技術(shù)迅速成為引領(lǐng)通信。的新潮流此外將擴(kuò)頻通信理論與軟件無(wú)線電思想相結(jié)合也是當(dāng)今通信領(lǐng)域。本文是在閱讀和學(xué)習(xí)大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上首先應(yīng)用TI公司的DSP數(shù)。號(hào)處理芯片TMS320VC5402和AD公司的DDS直接數(shù)字合成芯片AD9851進(jìn)。了硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)根據(jù)TMS320VC5402芯片和AD9851芯片的硬件特點(diǎn)。利用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言編寫(xiě)B(tài)PSK直接序列擴(kuò)頻調(diào)制和QPSK直接序列擴(kuò)頻調(diào)制的程。種基于軟件無(wú)線電概念的擴(kuò)頻通信硬件平臺(tái)的性能進(jìn)行了驗(yàn)證并得到了一。電聯(lián)ITU規(guī)定的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)3G的主要標(biāo)準(zhǔn)將擴(kuò)頻通信理論與。大不同之處是采用了TDD雙工方式并將TDMA與CDMA技術(shù)結(jié)合應(yīng)用相比之下。待于實(shí)際運(yùn)營(yíng)檢驗(yàn)2020年2月三星率先推出全球首個(gè)TD-SCMDA商用成品

　　

【正文】 的 還是 反相的克服相位模糊影響最常用的措施是差分編碼即 DPSK 調(diào)制方式 在接收端相干解調(diào)時(shí)雖然由于要產(chǎn)生本地相干載波相位 模糊仍然會(huì)存在但是 它的影響可以通過(guò)差分譯碼來(lái)消除 數(shù)據(jù)信息 0 0 11 10 0 10 1 DBPSK 信號(hào)相位 00 0 二 0 二 r r 0 0 r 或 r9r r 0 1r 0 0 0 1r7C0 在我們這里的 BPSK 擴(kuò)頻系統(tǒng)中接收端先進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)再解調(diào)出數(shù)字信息序 列因此在擴(kuò)頻以后的信號(hào)不會(huì)有相位模糊問(wèn)題但數(shù)字信息序列要進(jìn)行相干解 調(diào)便可能會(huì)有 反相情況出現(xiàn)所以必須對(duì)數(shù)字信息序列先進(jìn) 行差分編碼再 進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制并在接收端相干解調(diào)后進(jìn)行差分譯碼才能保證得到正確的信息 QPSK 利用載波的四種不同相位來(lái)表征數(shù)字信息由于每一種載波相位代表兩 個(gè)比特信息故每個(gè)四進(jìn)制碼元又被稱(chēng)為雙比特碼元 [[n1 如表 41 所示為雙比特 碼元與載波相位的關(guān)系 雙比特碼元 載波相位 a b A 方式 B 方式 0 0 00 2250 1 0 900 3150 1 1 1800 450 0 1 2700 1350 表 41 雙比特碼元與載波相位的關(guān)系 如圖 41 所示為 QPSK 信號(hào)的矢量圖 萬(wàn)方數(shù)據(jù) A 方式 B 方式 圖 41QPSK 信號(hào)的矢量圖 選擇 具有良好偽隨機(jī)特性和相關(guān)特性的擴(kuò)頻編碼對(duì)于擴(kuò)頻通信和它的 應(yīng)用是非常 重要的在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中抗干擾抗截獲信息數(shù)據(jù)隱蔽和保密抗多徑干 擾和抗衰落多址通信實(shí)現(xiàn)同步與捕捉等都是與擴(kuò)頻編碼的設(shè)計(jì)有密切相關(guān)的 這些用于擴(kuò)展頻譜的偽隨機(jī)編碼被稱(chēng)為擴(kuò)頻編碼也稱(chēng)為擴(kuò)頻序列能滿(mǎn)足上述 要求的擴(kuò)頻編碼應(yīng)具有如下理想特性 1 有尖銳的自相關(guān)特性 2 有處處為零的互相關(guān)值 3 不同碼元數(shù)平衡相等 4 有足夠多的編碼 5 有盡可能大的復(fù)雜度 在當(dāng)今 CDMA 中的編碼按功能可大致分為擴(kuò)頻編碼信道編碼和信源編 碼擴(kuò) 頻編碼有偽隨機(jī)序列 PN碼和正交序列 Walsh碼 PN碼具有易產(chǎn)生規(guī)律性強(qiáng)屏 蔽重復(fù)碼所產(chǎn)生的冗余數(shù)據(jù)的特點(diǎn)它在擴(kuò)頻通信中的應(yīng)用最早 Walsh 碼是一種 非正弦的完備正交函數(shù)碼即較多的碼信道資源數(shù)據(jù)速率低時(shí)用戶(hù)占用的正交 函數(shù)長(zhǎng)即較少的碼信道資源這是受到很閑置的空中頻率資源的利用率提高 更靈活 [121 在信道編碼中用盡可能少的編碼實(shí)現(xiàn)較高的糾錯(cuò)功能從而達(dá)到減少 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 42 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì) 硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)是以軟件無(wú)線電思想為宗旨主要由五部分組成與 PC 通信 部分 DSP 部分 CPLD 控制部分 DDS 與低通濾波器部分硬件平臺(tái)構(gòu)成框圖如圖 4 一 4 所示 圖 44 硬件平臺(tái)構(gòu)成框圖 圖中粗實(shí)線為數(shù)據(jù)總線細(xì)實(shí)線為 CPLD 產(chǎn)生的地址片選信號(hào) 現(xiàn)逐一介紹各個(gè)部分的構(gòu)成 1 PC 機(jī)通信接口部分 PC機(jī)通信接口部分由電平轉(zhuǎn)換芯片 3238和通用異步收發(fā)信機(jī) UART 器件 16C550 構(gòu)成實(shí)現(xiàn)由 PC 機(jī)向硬件平臺(tái)提供原始信息數(shù)據(jù) 3238 完成由 PC 機(jī) 串口輸出的 RS232電平轉(zhuǎn)換為符合于 16C550的 TTL電平 16C550接收來(lái) 自PC 機(jī) 的串行信號(hào)并將之轉(zhuǎn)為并行數(shù)據(jù)發(fā)送給 DSP 用 DSP 對(duì) 16C550 的內(nèi)部寄存器進(jìn) 行讀寫(xiě)操作以實(shí)現(xiàn)對(duì)通用異步通信接口器件的工作方式傳輸速率等功能的編 程控制信息源數(shù)據(jù)由 VC 編寫(xiě)的串口通信程序提供通過(guò)程序可以規(guī)定異步串 行數(shù)據(jù)的通信格式波特率數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位等 2 DSP 部分 這部分是本硬件平臺(tái)的核心部分它由數(shù)字信號(hào)處理芯片 DSP 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 SRAM 和外部程序存儲(chǔ)器 FLASHROM 組成 DSP 主要 完成對(duì)信息源數(shù)據(jù)的編碼擴(kuò)頻 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 序列的產(chǎn)生和擴(kuò)頻調(diào)制的編碼 DSP 完成的功能將在下一節(jié)軟件程序設(shè)計(jì)中詳細(xì)敘 述在這里只作簡(jiǎn)單介紹 3 CPLD 部分 硬件平臺(tái)的地址譯碼與邏輯信號(hào)產(chǎn)生采用 ALTERA 公司的 7000 系列的芯 片主要完成以下任務(wù) 1 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 SRAM 和外部程序存儲(chǔ)器 FLASHROM 的片選信號(hào) 2 總線隔離芯片 SN74LVTH16245 的輸出使能信號(hào) CEn 和轉(zhuǎn)發(fā)方向信號(hào)DIR 的 產(chǎn)生 邏輯 3 16C550 的片選信號(hào) CSn 和對(duì) DSP 的中斷請(qǐng)求信號(hào)的產(chǎn)生邏輯 4 AD9851 的 CLK 信號(hào)的產(chǎn)生邏輯 因?yàn)? TMS320VC5402 有 20 根地址線所以能夠?qū)ぶ? 1M 的地址空間 OOOOOHFFFFFH 現(xiàn)將硬件平臺(tái)的外圍器件地址分配如下 FLASHROM80000FFFFFH AD9851 8000H 16C550 OOOOH 0007H SRAM 二 400007FFFFH CPLD 圖 見(jiàn)附錄一 4 4 DDS 部分 AD9851 根據(jù) DSP 傳送來(lái)的相位控制字和頻率控制字產(chǎn)生擴(kuò)頻調(diào)制波形在本 系統(tǒng)中 AD9851的工作原理是并行輸入即 WCLK上升沿寫(xiě)入第一組 8位數(shù)據(jù)并 把指針指向下一個(gè)輸入寄存器連續(xù) 5個(gè) WCLK上升沿后即完成全部 40位控制 數(shù)據(jù)的輸入此后 WCLK信號(hào)的邊沿?zé)o效當(dāng) FQeeUD上升沿到來(lái)之際 40位數(shù)據(jù)會(huì) 從輸入寄存器被寫(xiě)入頻率和相位控制寄存器更新 DDS 的輸出頻率和相位同時(shí) 把地址指針復(fù)位到第一個(gè)輸入寄存器等待著下一組新數(shù)據(jù)的寫(xiě)入 5 低通濾波器部分 在本部分添加低通濾波電路因?yàn)?AD9851 輸出的擴(kuò)頻調(diào)制波形包含高頻干擾 所以需要一個(gè)低通濾波器來(lái)講高頻分量濾掉從而得到比較理想的輸出波形這 里采用 7 階無(wú)源橢圓函數(shù)低通濾波器其通帶帶寬為 072MI1z 低通濾波器的設(shè) 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 計(jì)根據(jù) AD9851 能夠保持輸出波形不失真時(shí)的最大頻率做為參考截至頻率的具體 濾波電路構(gòu)成圖如圖 45 所示利用 Pspice 仿真得到低通濾波電路的頻譜圖 如圖 46 所示 一 書(shū) 計(jì) 汗 圖 45 低通濾波電路圖 一拓召孟 圖 46 低通濾波電路頻譜圖 制作 PCB 的注意事項(xiàng) 1 電路板上的晶振應(yīng)與所對(duì)應(yīng)的芯片放置的近一些并且鋪銅充分接地以減 少晶振對(duì)電路板上其他電路的影響 2 各個(gè)芯片的去藕電容應(yīng)與所對(duì)應(yīng)的芯片放置的近一些以起到對(duì)芯片供電 去藕的作用 3 要注意數(shù)據(jù)總線與地址總線的放置從而減少總線間的干擾保障數(shù)據(jù)信 號(hào)和地址信號(hào) 4 注意電路板上的電源線和地線 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 5 可以在電路板上 多添加一些測(cè)試針 如片選信號(hào)引腳讀寫(xiě)控制引腳等 和測(cè)試燈以方便以后的電路板調(diào)試 6 對(duì)一些易受影響的芯片引腳添加上拉電阻或下拉電阻電路起到保護(hù)作用 例如 DSP 芯片的外部中斷源引腳應(yīng)外加上拉電阻以保證引腳不易受到不必要的干 擾 7 硬件調(diào)試應(yīng)該先從電源開(kāi)始保證電路板的電源和地線連接正確與充分 然后再?gòu)暮诵男酒_(kāi)始調(diào)制最后擴(kuò)展到外圍器件的調(diào)試 在調(diào)試芯片時(shí)可以在 電路板上設(shè)置一些測(cè)試燈和測(cè)試針來(lái)方便調(diào)試?yán)缭诒驹O(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)上就 設(shè)置了一些 LED作為測(cè)試 燈在測(cè)試 DSP芯片時(shí)通過(guò)控制連接在 DSP的通用工C 引腳 XF 上的 LED 亮滅來(lái)測(cè)試 DSP 的工作是否正常還有在調(diào)試 CPLD 芯片時(shí)通 過(guò)控制連接在其 10 引腳上的 LED 的亮滅來(lái)測(cè)試 CPLD 的工作是否正常 43 軟件程序設(shè)計(jì) 根據(jù)軟件無(wú)線電思想在一個(gè)硬件平臺(tái)上通過(guò)選擇不同的軟件模塊可以實(shí)現(xiàn) 多種通信調(diào)制方式本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)兩種直接序列擴(kuò)頻調(diào)制的方式即 BPSK 與 QPSK DSP 是本設(shè)計(jì)的軟件控制核心主要完成以下主要任務(wù) 1 從 PC 機(jī)經(jīng)過(guò)串口通信獲取信息源數(shù)據(jù)并 轉(zhuǎn)換成適合于擴(kuò)頻調(diào)制的數(shù)據(jù)格 式 2 產(chǎn)生用于擴(kuò)頻調(diào)制的擴(kuò)頻序列 3 進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制即將信息數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻序列進(jìn)行模二和 4 根據(jù)擴(kuò)頻調(diào)制產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)生成 DDS 芯片所相位控制字和頻率控制字 如圖 47 所示為軟件程序的總體流程圖 系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始化后關(guān)閉中斷接著按照程序的規(guī)定對(duì) DSP 本身的系統(tǒng) 時(shí)鐘頻率中斷向量表定時(shí)器的定時(shí)頻率等進(jìn)行初始化然后對(duì) AD9851 和 TL16C550 等系統(tǒng)中的其他器件進(jìn)行初始化規(guī)定他們的工作方式之后 DSP 產(chǎn) 生擴(kuò)頻序列并將此序列存儲(chǔ)到片內(nèi) RAM 中共需要時(shí)使用到此 DSP 的準(zhǔn)備 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 45DDS 芯片 AD9851 正是直接數(shù)字頻率合成器 因此它作為跳頻系統(tǒng)中的頻率合成器將是再合適不 過(guò)的了 圖 4 一巧跳頻調(diào)制系統(tǒng)基本原理圖 由上圖可以看出跳頻系統(tǒng)的主要部件就是頻率合成器和他的控制部分這兩 部分的功能則完全可以由本系統(tǒng)中的 TMS320VC5402 和 AD9851 來(lái)實(shí)現(xiàn)AD9851 的 頻率跳變輸出由 TMS320VC5402 產(chǎn)生的跳頻控制信號(hào)控制因此只要能改變 TMS320VC5402 的軟件程序而不對(duì)硬件做任何修改就可以實(shí)現(xiàn)跳頻調(diào)制跳頻系統(tǒng) 的軟件流程圖基本框架和前面的直接擴(kuò)頻系統(tǒng)基本相同只是在產(chǎn)生對(duì)AD9851 的 控制字方面有所不同在跳頻系統(tǒng)中每次頻率變化要求向 AD9851 寫(xiě)滿(mǎn)五個(gè)字節(jié) 的控制字后才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)更新而不像 BPSK 調(diào)制中只寫(xiě)一個(gè)相位控