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基于DSP的擴(kuò)頻電臺(tái)基帶模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要：一種基于高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的擴(kuò)頻電臺(tái)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(tái)的通信和控制協(xié)議，軟件設(shè)計(jì)靈活，為軟件的升級(jí)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。關(guān)鍵詞：基帶處理模塊無線局域網(wǎng)（WLAN）高速數(shù)字信號(hào)算是器CCK
WLAN（WirelessLAN）具有網(wǎng)絡(luò)配置靈活、組網(wǎng)迅速、用戶/終端可移動(dòng)、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(tái)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(hào)處理技術(shù)，具有設(shè)備簡(jiǎn)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(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
擴(kuò)頻電臺(tái)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(tái)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。基帶控制器采用TI公司的高速DSP-TMS320C5402[3]，該芯片具有較強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)處理能力�；鶐幚砟K主要以HFA3861B構(gòu)建的硬件平臺(tái)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(duì)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(tái)采用時(shí)分雙工（TDD）模式，將時(shí)間軸分為時(shí)幀，如圖2所示。
每一個(gè)幀分為兩個(gè)時(shí)隙：發(fā)送和接收時(shí)隙。每個(gè)時(shí)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(gè)部分。話音部分的邊界可動(dòng)態(tài)變化。當(dāng)用戶沒有傳送話音信息時(shí)，整個(gè)時(shí)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(qǐng)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(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)，在它的接收時(shí)隙接收數(shù)據(jù)。當(dāng)主叫端處于發(fā)送時(shí)隙時(shí)，被叫端處于接收時(shí)隙；當(dāng)主叫端處于接收時(shí)隙時(shí)，被叫端處于發(fā)送時(shí)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(chǔ)器中的64個(gè)正交補(bǔ)碼中抽取一個(gè)，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8chips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(gè)相位對(duì)CCK碼字進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。由于I、Q兩路信號(hào)都進(jìn)行AejQ的翻轉(zhuǎn)，所以兩路信號(hào)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(hào)。
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。基帶控制器的任務(wù)主要由軟件完成，而且?guī)讉�(gè)任務(wù)同時(shí)發(fā)生，所以在軟件的工作過程中要采用中斷方式對(duì)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(duì)協(xié)議處理部分的影響，在軟件的最低層設(shè)計(jì)了一個(gè)驅(qū)動(dòng)層模塊，主要完成對(duì)硬件電路的初始化。
在驅(qū)動(dòng)層基礎(chǔ)上完成對(duì)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(duì)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(cuò)（FEC）能力，更適合于支持實(shí)時(shí)話音業(yè)務(wù)，這為該電臺(tái)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(dòng)后，進(jìn)入初始化過程。系統(tǒng)的初始化程序主要完成對(duì)HFA3861B和RS232接口的初始化工作。
2.3數(shù)據(jù)收發(fā)程序
·對(duì)微機(jī)的RS232串行口的讀寫
·對(duì)HFA3861B的讀寫
在發(fā)送時(shí)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(dòng)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(tái)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(tái)，易升級(jí)為具有多種通信功能的無線電臺(tái)（比如實(shí)時(shí)話音業(yè)務(wù)）。
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