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短波軟件無線電通信系統(tǒng)中的DSP技術

作者: 時間:2009-07-21 來源:網(wǎng)絡 收藏
無線電的基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件平臺為依托,用編程來實現(xiàn)的各種功能,從基于硬件、面向用途的通信設計方法中解放出來。無線電主要由天線、前端、寬帶A/D-D/A轉換器、數(shù)字信號處理器()及各種軟件組成。是軟件無線電的核心,他要完成全部基帶處理功能。
隨著無線通信頻段的升高,由于受硬件器件的制約,在實現(xiàn)理想軟件無線電過程中,有兩種演進結構即中頻數(shù)字化軟件無線電結構和基帶數(shù)字化軟件無線電結構。本文詳細討論一種采用中頻數(shù)字化軟件無線電結構的實用軟件無線電接收機中的數(shù)字信號處理。
1 軟件無線電接收機的硬件組成

軟件無線電接收機的硬件組成如圖1所示。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/157967.htm

圖中轉換模塊(RF)包括2個混頻器和相應的模擬濾波器,以產生合適的中頻寬帶信號;模/數(shù)轉換部分,采用了二中頻并行A/D轉換方案,所選芯片為AD9240;數(shù)字信號處理模塊中的數(shù)字下變頻部分,其完成的功能主要有:下變頻、濾除帶外噪聲、降低采樣率等。主要指標有動態(tài)范圍、抽取濾波器的性能、頻率分辨率和輸出信號的精度等。所選芯片為Harris公司生產的HSP50016; 數(shù)字信號處理模塊中的數(shù)字信號處理部分,主要完成信息解調、控制前端和接收面板CPU的控制信號等任務。我們要求該部分的微處理器芯片速度快、精度高及具有較多便捷的信息傳輸通路和通信端口。所選芯片為TI公司生產的TMS320C31。信號接收過程為:天線接收到的高頻信號(15 kHz~30 MHz)以后,與可調本地振蕩器(LO1頻率為:62.5~92.5 MHz)相混頻,得到期望的第一中頻信號(62.5 MHz),再與本地固定振蕩器(LO2頻率為:62.5 MHz) 混頻產生第二中頻信號(2.5 MHz)。然后對此中頻信號用10 MHz的采樣率進行A/D并行采樣,采樣后的數(shù)字信號處理采用專門數(shù)字處理器件HSP50016和通用芯片(TMS320C31)聯(lián)合處理方式,在數(shù)字信號處理模塊,先采用數(shù)字下變頻器HSP50016對該數(shù)字信號進行下變頻、抽取,得到正交的2路I,Q號,然后再根據(jù)面板發(fā)出的解調方式來對信號進行解調及信號分析等。解調后把信號送往D/A口,對FSK調制方式來說,解調后信號直接送出數(shù)據(jù)(DATA)。
2 短波軟件無線電接收機中的數(shù)字信號處理

2.1 數(shù)據(jù)流的輸入

參見圖1,在中頻2.5 MHz上以10 MHz的采樣率fs完成量化后,其14位的并行數(shù)據(jù)進入數(shù)字下變頻器HSP50016,HSP50016把fs=10 MHz的14位并行數(shù)據(jù)變?yōu)?4位的fs=39062.5 Hz的行數(shù)據(jù)送到DSP的串行口。在DSP里,通過串口中斷接收這些數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸出時,DSP將處理后的上、下邊帶信號以fs=39062.5 Hz采樣率分別送往各自的D/A。
HSP50016輸出數(shù)據(jù)的格式為先I后Q,循環(huán)如此,每對數(shù)據(jù)的發(fā)送率是39.0625 kHz(T=25.6 s)。UDSP是通過串口中斷取得這些數(shù)據(jù)的。這就產生一個問題:UDSP怎么知道當前取到的數(shù)據(jù)是I還是Q呢?
通過對HSP50016的分析,我們知道,I,Q信號并非各占T/2。HSP50016發(fā)送I或Q所需時間是由串口時鐘及數(shù)據(jù)長度決定的。我們定義HSP50016的串口時鐘為5 MHz(不能定義為2.5MHz,因為信號的中心頻率為2.5 MHz ,而串口時鐘的幅度較大,這樣會有一部分時鐘信號滲漏到信號中,從而使解調的質量大大下降。),數(shù)據(jù)長度為24位,加上起始及停止位,共26位。
這樣發(fā)送I所需時間為:

HSP50016發(fā)送I,Q數(shù)據(jù)與C31中斷及定時器計數(shù)值之間的時序關系如圖2所示。


圖2(a)是HSP50016發(fā)送I,Q數(shù)據(jù)的順序及時寬。
圖2(b)是HSP50016發(fā)送I,Q數(shù)據(jù)的具體過程。
圖2(c)是DSP串口的接收過程及串口中斷的發(fā)出時機。
圖2(d)表示DSP響應串口中斷的過程及在I,Q中斷期間定時器的記數(shù)情況。
根據(jù)式(1)及圖2所表示的邏輯關系,我們只要在程序中設置一個定時器即可區(qū)分出I或Q信號。設定時器采用C31內部時鐘(C31的工作頻率為60 MHz),即計數(shù)頻率為15 MHz,則發(fā)送I時可計數(shù):
5.2×15=78個 (2)
而發(fā)送Q可計數(shù):
20.4×15=306個 (3)
由式(2)、式(3)可得,當計數(shù)值>200時,此時發(fā)送的數(shù)據(jù)為I(實際值應該在306左右);反之則為Q。


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