當(dāng)前位置:首頁(yè) > 嵌入式 > 嵌入式軟件
[導(dǎo)讀]基于TMS320C5402實(shí)現(xiàn)的4FTSK調(diào)制技術(shù)

1 引言
短波通信是通過(guò)電離層反射來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息傳輸,因而其通信受地形限制小;其次通信成本低,靈活性強(qiáng)。但它也存在一些缺點(diǎn),如:信息傳輸?shù)目煽啃圆睿嬖谏钏ヂ浜投鄰綍r(shí)延失真等。在一般在短波信道中傳輸數(shù)據(jù),信息的誤碼率通常在10-2-10-3的數(shù)量級(jí),這些嚴(yán)重的衰落以及多徑效應(yīng)造成的碼間串?dāng)_,限制了通信質(zhì)量的進(jìn)一步提高。近年來(lái),由于在短波數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中,采用了各種有效的抗衰落和抗多徑的措施,使系統(tǒng)的誤碼率差不多提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。其中,時(shí)頻組合調(diào)制技術(shù)(即FTSK)是目前廣泛采用的抗衰落和抗多徑技術(shù)之一。針對(duì)這種情況,本文提出采用DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)實(shí)現(xiàn)4FTSK調(diào)制,并取得較好的效果。

2 4FTSK調(diào)制方式
在一個(gè)或一組二進(jìn)制符號(hào)的持續(xù)時(shí)間內(nèi),用若干個(gè)調(diào)制頻率的組合來(lái)傳送原二進(jìn)制數(shù)據(jù)流,每一個(gè)調(diào)制頻率在不同的時(shí)隙內(nèi)有不同的頻率,這種由不同時(shí)隙和不同頻率所構(gòu)成的信號(hào),稱為"時(shí)頻調(diào)制信號(hào)";在某種意義上又可看成是一種時(shí)頻編碼調(diào)制,組成的系統(tǒng)稱頻率分集接收系統(tǒng),即按一定的規(guī)則在數(shù)據(jù)符號(hào)的不同時(shí)隙發(fā)射不同頻率信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)恼{(diào)制方式。FTSK又可分為幾種調(diào)制方式,包括二時(shí)二頻制,二進(jìn)制四時(shí)四頻制,四進(jìn)制四時(shí)四頻制、八進(jìn)制四時(shí)四頻制以及十六進(jìn)制相位調(diào)制等。

FTSK碼組的編碼原則是,所編碼組既具有強(qiáng)的抗衰落和抗干擾能力,又容易實(shí)現(xiàn)同步,也就是要求編出能從信息序列中提取同步信息的正交碼組。首先,為了提高抗衰落能力,要求每一個(gè)碼組的不同時(shí)隙中應(yīng)含有不同的頻率。這樣,二時(shí)二頻基本上具有二重頻率分集的效果,而四時(shí)四頻基本上具有四重頻率分集的效果;其次,為了加強(qiáng)抗干擾性,任何兩個(gè)碼組的碼距應(yīng)最大,所以首先要選用正交碼,即要求所有的碼組在同一時(shí)隙內(nèi)含有不同的頻率,對(duì)于四時(shí)四頻制而言,在表示四進(jìn)制信息時(shí),很容易形成正交碼,但表示八進(jìn)制信息時(shí),只能形成部分正交的碼組;最后,在碼組配置時(shí)還應(yīng)考慮從碼組本身能提取同步信息,即要求編碼方式是非循環(huán)碼,且任何兩個(gè)碼組都沒(méi)有相同的二聯(lián)碼或三聯(lián)碼。

 FSK二進(jìn)制四進(jìn)制八進(jìn)制
最小碼距1243
頻率分集1243
典型速率(bps)100125100125100125150187.5
抗多徑T2T4T4T

表1 各種調(diào)制方式性能比較

由表1可以看出,從性能而言,"四進(jìn)制四時(shí)四頻制"是最好的。對(duì)于4FTSK調(diào)制,我們選用正交編碼方式,如表2所示

碼元頻率組合
00F1 F2 F3 F4
01F2 F4 F1 F3
10F3 F1 F4 F2
11F4 F3 F2 F1

表2 4FTSK編碼方式

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
由于本設(shè)計(jì)的主要目的是利用軟件及簡(jiǎn)單的硬件實(shí)現(xiàn)4FTSK調(diào)制,并且力求產(chǎn)生的信號(hào)精確,故系統(tǒng)選用了當(dāng)今比較流行的數(shù)字信號(hào)處理器(TI公司的TMS320C5402)和一片D/A(CA3338)轉(zhuǎn)換芯片,用匯編語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)輸出。

3.1 TMS320C5402特點(diǎn)
TMS320C5402是TI公司TMS320家族的定點(diǎn)DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)芯片。DSP可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)信號(hào)處理,無(wú)線通信,語(yǔ)音信號(hào)處理等。實(shí)際上,DSP技術(shù)在工程應(yīng)用中,就是要用數(shù)字信號(hào)處理的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。

DSP器件采用了與傳統(tǒng)微處理器系統(tǒng)不同的總線結(jié)構(gòu),同時(shí)增加了硬件運(yùn)算單元,把軟件計(jì)算變?yōu)橛布?jì)算處理,因此極大地提高了系統(tǒng)的數(shù)字處理速度。

C5402的CPU通過(guò)使用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了高度的并行運(yùn)算能力。同時(shí),多種尋址模式和完善的指令提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能。C5402主要有以下特點(diǎn):

增強(qiáng)的哈佛結(jié)構(gòu),四條地址總線和四條數(shù)據(jù)總線。
高度并行的先進(jìn)CPU設(shè)計(jì),性能更好的面向應(yīng)用的硬件邏輯。
為快速算法和高級(jí)語(yǔ)言優(yōu)化設(shè)計(jì)的專用指令集。
標(biāo)準(zhǔn)化的模塊結(jié)構(gòu),適于快速開(kāi)發(fā)。
先進(jìn)的IC處理技術(shù),提高了性能,降低了電源消耗。 [!--empirenews.page--]

3.2 CA3338芯片性能
CA3338是HARRIS公司推出采用CMOS工藝制成的高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器,最高工作頻率可達(dá)50M。它可以采用單電源+5V供電,并且能產(chǎn)生"軌對(duì)軌"的輸出。

CA3338內(nèi)部采用改進(jìn)的R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò),對(duì)高三位進(jìn)行3位-7位的線性熱編碼來(lái)驅(qū)動(dòng)7位加權(quán)電阻,這樣,減少了由于輸出電壓值的改變產(chǎn)生的寄生電壓。其內(nèi)部功能框圖如圖1所示:


圖1 CA3338功能框圖

LE是片選信號(hào),低電平有效。
D0-D7是數(shù)字信號(hào)輸入端;COMP控制是否對(duì)輸入信號(hào)的電平取反,高電平有效。
VREF+及VREF-是參考電壓。
VDD接+5V電源,VSS是數(shù)字地,VEE可以接模擬地也可以接負(fù)電壓。電平轉(zhuǎn)換部分就是將輸入電壓范圍在VDD和VSS之間的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)
換到電壓范圍為VDD和VEE之間。
VOUT是輸出的模擬信號(hào)。

3.3系統(tǒng)的硬件組成
系統(tǒng)的硬件電路框圖如圖2所示。TMS320C5402的IOSTRB和IS相或后作為CA3338的片選信號(hào),通過(guò)數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)送到CA3338中,D/A轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器后輸出。


圖2 硬件框圖

3.4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

[!--empirenews.page--]

3.4.1一個(gè)周期的正弦波的產(chǎn)生
首先,在DSP內(nèi)部ROM開(kāi)辟一段存儲(chǔ)空間作為一個(gè)周期的正弦波抽樣點(diǎn)存儲(chǔ)器。通過(guò)軟件對(duì)該存儲(chǔ)器進(jìn)行相位-幅值的轉(zhuǎn)換,從而在給定的時(shí)間確定相應(yīng)的輸出幅值。流程圖如圖3所示,具體是這樣實(shí)現(xiàn)的:

在內(nèi)部ROM存放M 個(gè)采樣點(diǎn),即把2п分成了M 份,每份為,也就是說(shuō)最小的相位增量(相位分辨率)為,用采樣速率F5去采樣,相位增量為。相位增量的大小隨采樣速率F5的不同而不同,一旦給定了相位增量,輸出頻率也就確定了。輸出信號(hào)頻率為,輸出一個(gè)周期需要的時(shí)間是,當(dāng)用這樣的數(shù)據(jù)尋址時(shí),正弦查表就把存儲(chǔ)在內(nèi)部ROM中的抽樣值轉(zhuǎn)換成正弦波幅度的數(shù)字量函數(shù)。

上面討論可以看出,可以產(chǎn)生的頻率范圍受采樣率和存儲(chǔ)器內(nèi)采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)的影響。在這里,采樣率是軟件設(shè)計(jì)的,即利用不同的延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)不同的采樣率。根據(jù)奈魁斯特抽樣定理,一個(gè)頻譜受限信號(hào)要想從抽樣信號(hào)中無(wú)失真的恢復(fù)出原連續(xù)信號(hào),抽樣間隔必須不大于1/2Fm(Fm為最高頻率,在這里Fm即為正弦波的頻率F)或者說(shuō),最低抽樣頻率為2F。因此,M應(yīng)該>=2。但M越大,得到的波形越好。通常情況,為了得到比較好的波形,我們?nèi)>=8。在M一定的情況下,提高F5可以提高輸出的最高頻率。


圖3 發(fā)送一個(gè)頻率的正弦波流程圖

3.4.2 4FTSK信號(hào)的產(chǎn)生及輸出
4FTSK信號(hào)包含4個(gè)頻率的波形,因此先根據(jù)不同的頻率,計(jì)算出相應(yīng)的采樣率,編寫(xiě)產(chǎn)生這四個(gè)頻率正弦波的子程序。在主程序中,判斷要調(diào)制的碼元,決定發(fā)送的4個(gè)頻率的順序。信號(hào)最終是通過(guò)I/O口輸出到D/A轉(zhuǎn)換芯片中實(shí)現(xiàn)從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)論
本文采用DSP和DA轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)4FTSK的調(diào)制。由于DSP的運(yùn)算速度很高,采樣率Fs有很寬的動(dòng)態(tài)范圍,因此它可以在很寬的頻率范圍內(nèi)輸出幅度平坦的信號(hào)。同時(shí),該系統(tǒng)易于集成、易于調(diào)整,輸出不同的頻率只需要軟件設(shè)置不同的采樣率。這種方式在相對(duì)帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間、相位連續(xù)性以及集成化等一系列性能指標(biāo)方面具有較高的水平,為系統(tǒng)提供了優(yōu)于模擬信號(hào)源的性能。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)FTSK調(diào)制,也可以通過(guò)預(yù)置相位累加器的初始值,精確地控制合成信號(hào)的相位,實(shí)現(xiàn)其他數(shù)字調(diào)制方式,如DPSK調(diào)制等。

參考文獻(xiàn)
[1] 沈琪等編著 短波通信 西安電子科技大學(xué)出版社 1989年
[2]李剛主編 數(shù)字信號(hào)微處理器的原理及其開(kāi)發(fā)應(yīng)用 天津大學(xué) 2000年4月
[3]樊昌信 等編著 通信原理 國(guó)防工業(yè)出版社 1995年4月

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開(kāi)發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開(kāi)幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉