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短波軟件無線電通信系統中的DSP技術

作者: 時間:2009-07-21 來源:網絡 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,在實現理想軟件無線電過程中,有兩種演進結構即中頻數字化軟件無線電結構和基帶數字化軟件無線電結構。本文詳細討論一種采用中頻數字化軟件無線電結構的實用軟件無線電接收機中的數字信號處理
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://www.j9360.com/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;數字信號處理模塊中的數字下變頻部分,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; 數字信號處理模塊中的數字信號處理部分,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,采樣后的數字信號處理采用專門數字處理器件HSP50016和通用芯片(TMS320C31)聯合處理方式,在數字信號處理模塊,先采用數字下變頻器HSP50016對該數字信號進行下變頻、抽取,得到正交的2路I,Q號,然后再根據面板發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據(DATA)。
2 短波軟件無線電接收機中的數字信號處理

2.1 數據流的輸入

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位的并行數據進入數字下變頻器HSP50016,HSP50016把fs=10 MHz的14位并行數據變為24位的fs=39062.5 Hz的行數據送到DSP的串行口。在DSP里,通過串口中斷接收這些數據。數據輸出時,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輸出數據的格式為先I后Q,循環如此,每對數據的發送率是39.0625 kHz(T=25.6 s)。UDSP是通過串口中斷取得這些數據的。這就產生一個問題:UDSP怎么知道當前取到的數據是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發送I或Q所需時間是由串口時鐘及數據長度決定的。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。),數據長度為24位,加上起始及停止位,共26位。
這樣發送I所需時間為:

HSP50016發送I,Q數據與C31中斷及定時器計數值之間的時序關系如圖2所示。


圖2(a)是HSP50016發送I,Q數據的順序及時寬。
圖2(b)是HSP50016發送I,Q數據的具體過程。
圖2(c)是DSP串口的接收過程及串口中斷的發出時機。
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情況。
根據式(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),即計數頻率為15 MHz,則發送I時可計數:
5.2×15=78個 (2)
而發送Q可計數:
20.4×15=306個 (3)
由式(2)、式(3)可得,當計數值>200時,此時發送的數據為I(實際值應該在306左右);反之則為Q。


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