【導(dǎo)讀】一種基于高速數(shù)字信號處理器(DSP)的擴(kuò)頻電臺基帶處理模塊的設(shè)計(jì)研制。該模塊利用無線局域網(wǎng)成熟的擴(kuò)頻通信技術(shù),具有抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸速率高、性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。模塊采用DSP開發(fā)擴(kuò)頻電臺的通信和控制協(xié)議,軟件設(shè)計(jì)靈活,為軟件的升級和通信功能的擴(kuò)展提供了方便并取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果。
WLAN(Wireless LAN)具有網(wǎng)絡(luò)配置靈活、組網(wǎng)迅速、用戶/終端可移動、適應(yīng)性強(qiáng)、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),因此越來越受重視。本文利用WLAN芯片和DSP芯片設(shè)計(jì)、制作了擴(kuò)頻電臺的基帶處理模塊,該模塊利用WLAN成熟的無線傳輸技術(shù)和高速數(shù)字信號處理技術(shù),具有設(shè)備簡單、配置靈活等優(yōu)點(diǎn)。
1 基帶處理模塊硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1.1 擴(kuò)頻電臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
擴(kuò)頻電臺的系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。主要由基帶處理模塊、收發(fā)信機(jī)、接口電路等部分組成。
擴(kuò)頻電臺的基帶處理模塊主要包括兩部分:控制器和Modem?;鶐odem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(xié)議?;鶐Э刂破鞑捎肨I公司的高速DSP-TMS320C5402[3],該芯片具有較強(qiáng)的數(shù)字信號處理能力?;鶐幚砟K主要以HFA3861B構(gòu)建的硬件平臺為基礎(chǔ),由DSP的軟件完成各自的功能并有機(jī)地融為一體,最大限度地提高通信的有效性。
1.2 基帶控制器
基帶控制器主要完成以下功能:
·對各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)(話音和異步數(shù)據(jù))的讀寫
(1)通過RS232串行口與微機(jī)交換異步數(shù)據(jù),串口速率為38.4kbps。
(2)與聲碼器交換數(shù)字化語音信息。
擴(kuò)頻電臺采用時分雙工(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(fā)送和接收時隙。每個時隙又進(jìn)一步分為用于傳輸話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的兩個部分。話音部分的邊界可動態(tài)變化。當(dāng)用戶沒有傳送話音信息時,整個時隙都提供給數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用。
首先發(fā)起業(yè)務(wù)請求的用戶為主叫端,被呼叫的用戶為被叫端。用戶只能在它的發(fā)送時隙發(fā)送數(shù)據(jù),在它的接收時隙接收數(shù)據(jù)。當(dāng)主叫端處于發(fā)送時隙時,被叫端處于接收時隙;當(dāng)主叫端處于接收時隙時,被叫端處于發(fā)送時隙。
1.3 基帶Modem
基帶Modem主要完成以下功能:
·協(xié)議轉(zhuǎn)換:把TDD的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成IEEE802.11幀格式。
·調(diào)制解調(diào)
基帶Modem支持IEEE802.11和IEEE802.11b協(xié)議的物理層標(biāo)準(zhǔn),即11dB的擴(kuò)頻處理增益;調(diào)制方式:DBPSK、QPSK、CCK;傳輸速度;1/2/5.5/11Mbps,其中補(bǔ)碼鍵控(CCK)能以更小的誤碼率、更高的速度進(jìn)行傳輸,其調(diào)制器框圖如圖3所示[4,5]。
輸入的8bits串行數(shù)據(jù)經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換分成8路,其中,D0~D5用來選擇CCK碼字。也就是說,按某種規(guī)律從存儲器中的64個正交補(bǔ)碼中抽取一個,得到的補(bǔ)碼(即CCK碼字)長度為8chips。這樣,6bits的信息就被調(diào)制到8 chips的補(bǔ)碼上。得到的CCK碼字為復(fù)數(shù)編碼,包括實(shí)部和虛部,相應(yīng)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,并用這個相位對CCK碼字進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。由于I、Q兩路信號都進(jìn)行AejQ的翻轉(zhuǎn),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(diào)制方式,能以更高的速率、更好的帶寬利用率、更強(qiáng)的抗多徑干擾能力、更小的誤碼率傳輸信號。
2 基帶模塊的軟件設(shè)計(jì)
基帶Modem的任務(wù)主要由HFA3861B完成?;鶐Э刂破鞯娜蝿?wù)主要由軟件完成,而且?guī)讉€任務(wù)同時發(fā)生,所以在軟件的工作過程中要采用中斷方式對它們進(jìn)行并行處理。
2.1 協(xié)議實(shí)現(xiàn)框架
由于軟件設(shè)計(jì)與硬件電路結(jié)合得非常緊密,為了減少硬件電路對協(xié)議處理部分的影響,在軟件的最低層設(shè)計(jì)了一個驅(qū)動層模塊,主要完成對硬件電路的初始化。
在驅(qū)動層基礎(chǔ)上完成對數(shù)據(jù)鏈路層核心協(xié)議的處理。這一層是軟件的主體部分,主要功能是對數(shù)據(jù)進(jìn)行裝/解幀和上/下傳。此外,IEEE802.11協(xié)議主要支持異步數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),因此采用循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)。利用TMS320C5402的高速運(yùn)算能力,又開發(fā)了(2,1,5)卷積編碼[6]。因其具有較強(qiáng)的前向糾錯(FEC)能力,更適合于支持實(shí)時話音業(yè)務(wù),這為該電臺擴(kuò)頻通信功能提供了方便。
2.2 系統(tǒng)的初始化
在系統(tǒng)啟動后,進(jìn)入初始化過程。系統(tǒng)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(shù)據(jù)收發(fā)程序
·對微機(jī)的RS232串行口的讀寫
·對HFA3861B的讀寫在發(fā)送時隙,如果基帶控制器有數(shù)據(jù)需要發(fā)送而且基帶Modem允許發(fā)送數(shù)據(jù),即產(chǎn)生中斷通知控制器,然后控制器啟動發(fā)送程序,將數(shù)據(jù)傳送給Modem。Modem在接收到數(shù)據(jù)后,首先按照IEEE802.11協(xié)議的幀格式裝幀,然后才能送出去。
基于高速DSP的擴(kuò)頻電臺基帶模塊可以通過RS232串行口與微機(jī)實(shí)現(xiàn)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(xié)議,支持?jǐn)U頻通信和CCK調(diào)制,具有通信速率高(最高信道傳輸速率可達(dá)11Mbps)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)表明,該模塊工作穩(wěn)定,通信可靠。此外,該模塊具有進(jìn)一步的開發(fā)潛力,作為一種通用硬件平臺,易升級為具有多種通信功能的無線電臺(比如實(shí)時話音業(yè)務(wù))。
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