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基于DSP的擴頻電臺基帶模塊的設計與實現(xiàn)
摘要：一種基于高速數(shù)字信號處理器（DSP）的擴頻電臺基帶處理模塊的設計研制。該模塊利用無線局域網(wǎng)成熟的擴頻通信技術，具有抗干擾能力強、數(shù)據(jù)傳輸速率高、性能穩(wěn)定可靠等特點。模塊采用DSP開發(fā)擴頻電臺的通信和控制協(xié)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并取得了良好的實驗效果。關鍵詞：基帶處理模塊無線局域網(wǎng)（WLAN）高速數(shù)字信號算是器CCK
WLAN（WirelessLAN）具有網(wǎng)絡配置靈活、組網(wǎng)迅速、用戶/終端可移動、適應性強、安裝維護方便等優(yōu)點，因此越來越受重視。本文利用WLAN芯片和DSP芯片設計、制作了擴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和高速數(shù)字信號處理技術，具有設備簡單、配置靈活等優(yōu)點。
1基帶處理模塊硬件系統(tǒng)的設計
1.1擴頻電臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
擴頻電臺的系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。主要由基帶處理模塊、收發(fā)信機、接口電路等部分組成。
擴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，由DSP的軟件完成各自的功能并有機地融為一體，最大限度地提高通信的有效性。
1.2基帶控制器
基帶控制器主要完成以下功能：
·對各類業(yè)務數(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。每個時隙又進一步分為用于傳輸話音和數(shù)據(jù)業(yè)務的兩個部分。話音部分的邊界可動態(tài)變化。當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)務使用。
首先發(fā)起業(yè)務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)。當主叫端處于發(fā)送時隙時，被叫端處于接收時隙；當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)議的物理層標準，即11dB的擴頻處理增益；調(diào)制方式：DBPSK、QPSK、CCK；傳輸速度；1/2/5.5/11Mbps，其中補碼鍵控（CCK）能以更小的誤碼率、更高的速度進行傳輸，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(diào)制到8chips的補碼上。得到的CCK碼字為復數(shù)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，并用這個相位對CCK碼字進行翻轉(zhuǎn)。由于I、Q兩路信號都進行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基帶模塊的軟件設計
基帶Modem的任務主要由HFA3861B完成�；鶐Э刂破鞯娜蝿罩饕绍浖瓿桑�?guī)讉�任務同時發(fā)生，所以在軟件的工作過程中要采用中斷方式對它們進行并行處理。
2.1協(xié)議實現(xiàn)框架
由于軟件設計與硬件電路結(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，在軟件的最低層設計了一個驅(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，因此采用循環(huán)冗余校驗（CRC）。利用TMS320C5402的高速運算能力，又開發(fā)了（2，1，5）卷積編碼[6]。因其具有較強的前向糾錯（FEC）能力，更適合于支持實時話音業(yè)務，這為該電臺擴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的擴頻電臺基帶模塊可以通過RS232串行口與微機實現(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，支持擴頻通信和CCK調(diào)制，具有通信速率高（最高信道傳輸速率可達11Mbps）、抗干擾能力強等優(yōu)點。經(jīng)過多次實驗表明，該模塊工作穩(wěn)定，通信可靠。此外，該模塊具有進一步的開發(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（比如實時話音業(yè)務）。
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