基於DSP的擴頻電台基帶模塊的設計與實現
發布時間:2016-06-22 責任編輯:wenwei
【導讀】一種基於高速數字信號處理器(DSP)的擴頻電台基帶處理模塊的設計研製。該模塊利用無線局域網成熟的擴頻通信技術,具有抗幹擾能力強、數據傳輸速率高、性能穩定可靠等特點。模塊采用DSP開發擴頻電台的通信和控製協議,軟件設計靈活,為軟件的升級和通信功能的擴展提供了方便並取得了良好的實驗效果。
WLAN(Wireless LAN)具有網絡配置靈活、組網迅速、用戶/終端可移動、適應性強、安裝維護方便等優點,因此越來越受重視。本文利用WLAN芯片和DSP芯片設計、製作了擴頻電台的基帶處理模塊,該模塊利用WLAN成熟的無線傳輸技術和高速數字信號處理技術,具有設備簡單、配置靈活等優點。
1 基帶處理模塊硬件係統的設計
1.1 擴頻電台的係統結構
擴頻電台的係統原理框圖如圖1所示。主要由基帶處理模塊、收發信機、接口電路等部分組成。

擴頻電台的基帶處理模塊主要包括兩部分:控製器和Modem。基帶Modem采用Intersil公司的WLAN芯片HFA3861B,該芯片支持IEEE802.11[1]IEEE802.11b[2]的物理層協議。基帶控製器采用TI公司的高速DSP-TMS320C5402[3],該芯片具有較強的數字信號處理能力。基帶處理模塊主要以HFA3861B構建的硬件平台為基礎,由DSP的軟件完成各自的功能並有機地融為一體,最大限度地提高通信的有效性。
1.2 基帶控製器
基帶控製器主要完成以下功能:
·對各類業務數據(話音和異步數據)的讀寫
(1)通過RS232串行口與微機交換異步數據,串口速率為38.4kbps。
(2)與聲碼器交換數字化語音信息。
擴頻電台采用時分雙工(TDD)模式,將時間軸分為時幀,如圖2所示。
每一個幀分為兩個時隙:發fa送song和he接jie收shou時shi隙xi。每mei個ge時shi隙xi又you進jin一yi步bu分fen為wei用yong於yu傳chuan輸shu話hua音yin和he數shu據ju業ye務wu的de兩liang個ge部bu分fen。話hua音yin部bu分fen的de邊bian界jie可ke動dong態tai變bian化hua。當dang用yong戶hu沒mei有you傳chuan送song話hua音yin信xin息xi時shi,整zheng個ge時shi隙xi都dou提ti供gong給gei數shu據ju業ye務wu使shi用yong。

shouxianfaqiyewuqingqiudeyonghuweizhujiaoduan,beihujiaodeyonghuweibeijiaoduan。yonghuzhinengzaitadefasongshixifasongshuju,zaitadejieshoushixijieshoushuju。dangzhujiaoduanchuyufasongshixishi,beijiaoduanchuyujieshoushixi;當主叫端處於接收時隙時,被叫端處於發送時隙。
1.3 基帶Modem
基帶Modem主要完成以下功能:
·協議轉換:把TDD的數據幀轉換成IEEE802.11幀格式。
·調製解調
基帶Modem支持IEEE802.11和IEEE802.11b協議的物理層標準,即11dB的擴頻處理增益;調製方式:DBPSK、QPSK、CCK;傳輸速度;1/2/5.5/11Mbps,其中補碼鍵控(CCK)能以更小的誤碼率、更高的速度進行傳輸,其調製器框圖如圖3所示[4,5]。
輸入的8bits串行數據經過串/並轉換分成8路,其中,D0~D5用來選擇CCK碼字。也就是說,按某種規律從存儲器中的64個正交補碼中抽取一個,得到的補碼(即CCK碼字)長度為8chips。這樣,6bits的信息就被調製到8 chips的補碼上。得到的CCK碼字為複數編碼,包括實部和虛部,相應地分為I、Q兩路輸入到差分電路中。在差分電路中,D6~D7從四種相位(0°,90°,180°,270°)中選擇一種,並用這個相位對CCK碼字進行翻轉。由於I、Q兩路信號都進行AejQ的翻轉,所以兩路信號仍然保持正交,因此受信道失真的影響較小。
CCK作為一種新型的調製方式,能以更高的速率、更好的帶寬利用率、更強的抗多徑幹擾能力、更小的誤碼率傳輸信號。
2 基帶模塊的軟件設計
基帶Modem的任務主要由HFA3861B完成。基帶控製器的任務主要由軟件完成,而且幾個任務同時發生,所以在軟件的工作過程中要采用中斷方式對它們進行並行處理。
2.1 協議實現框架
youyuruanjianshejiyuyingjiandianlujiehedefeichangjinmi,weilejianshaoyingjiandianluduixieyichulibufendeyingxiang,zairuanjiandezuidicengshejileyigequdongcengmokuai,zhuyaowanchengduiyingjiandianludechushihua。
在驅動層基礎上完成對數據鏈路層核心協議的處理。這一層是軟件的主體部分,主要功能是對數據進行裝/解幀和上/下傳。此外,IEEE802.11協議主要支持異步數據業務,因此采用循環冗餘校驗(CRC)。利用TMS320C5402的高速運算能力,又開發了(2,1,5)卷積編碼[6]。因其具有較強的前向糾錯(FEC)能力,更適合於支持實時話音業務,這為該電台擴頻通信功能提供了方便。
2.2 係統的初始化
在係統啟動後,進入初始化過程。係統的初始化程序主要完成對HFA3861B和RS232接口的初始化工作。
2.3 數據收發程序
·對微機的RS232串行口的讀寫

·對HFA3861B的讀寫在發送時隙,如果基帶控製器有數據需要發送而且基帶Modem允許發送數據,即產生中斷通知控製器,然後控製器啟動發送程序,將數據傳送給Modem。Modem在接收到數據後,首先按照IEEE802.11協議的幀格式裝幀,然後才能送出去。
基於高速DSP的擴頻電台基帶模塊可以通過RS232串行口與微機實現全雙工通信,串口速率為38.4kbps。該模塊支持IEEE802.11和IEEE802.11b的物理層協議,支持擴頻通信和CCK調製,具有通信速率高(最高信道傳輸速率可達11Mbps)、抗kang幹gan擾rao能neng力li強qiang等deng優you點dian。經jing過guo多duo次ci實shi驗yan表biao明ming,該gai模mo塊kuai工gong作zuo穩wen定ding,通tong信xin可ke靠kao。此ci外wai,該gai模mo塊kuai具ju有you進jin一yi步bu的de開kai發fa潛qian力li,作zuo為wei一yi種zhong通tong用yong硬ying件jian平ping台tai,易yi升sheng級ji為wei具ju有you多duo種zhong通tong信xin功gong能neng的de無wu線xian電dian台tai(比如實時話音業務)。
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