短波软件无线电通信系统中的DSP技术

    图中射频转换模块（RF）包括2个混频器和相应的模拟滤波器，以产生合适的中频宽带信号；模／数转换部分，采用了二中频并行A／D转换方案，所选芯片为AD9240；数字信号处理模块中的数字下变频部分，其完成的功能主要有：下变频、滤除带外噪声、降低采样率等。主要指标有动态范围、抽取滤波器的性能、频率分辨率和输出信号的精度等。所选芯片为Harris公司生产的HSP50016； 数字信号处理模块中的数字信号处理部分，主要完成信息解调、控制射频前端和接收面板CPU的控制信号等任务。我们要求该部分的微处理器芯片速度快、精度高及具有较多便捷的信息传输通路和通信端口。所选芯片为TI公司生产的TMS320C31。信号接收过程为：天线接收到的高频信号(15 kHz~30 MHz)以后，与可调本地振荡器(LO1频率为：62.5~92.5 MHz)相混频，得到期望的第一中频信号(62.5 MHz)，再与本地固定振荡器(LO2频率为：62.5 MHz) 混频产生第二中频信号(2.5 MHz)。然后对此中频信号用10 MHz的采样率进行A／D并行采样，采样后的数字信号处理采用专门数字处理器件HSP50016和通用DSP芯片（TMS320C31）联合处理方式，在数字信号处理模块，先采用数字下变频器HSP50016对该数字信号进行下变频、抽取，得到正交的2路I，Q号，然后再根据面板发出的解调方式来对信号进行解调及信号分析等。解调后把信号送往D／A口，对FSK调制方式来说，解调后信号直接送出数据(DATA)。?
2  短波软件无线电接收机中的数字信号处理?
2.1  数据流的输入?
    参见图1，在中频2.5 MHz上以10 MHz的采样率f_s完成量化后，其14位的并行数据进入数字下变频器HSP50016，HSP50016把f_s=10 MHz的14位并行数据变为24位的f_s=39062.5 Hz的行数据送到DSP的串行口。在DSP里，通过串口中断接收这些数据。数据输出时，DSP将处理后的上、下边带信号以f_s=39062.5 Hz采样率分别送往各自的D／A。?
    HSP50016输出数据的格式为先I后Q，循环如此，每对数据的发送率是39.0625 kHz(T=25.6 s)。UDSP是通过串口中断取得这些数据的。这就产生一个问题：UDSP怎么知道当前取到的数据是I还是Q呢??
    通过对HSP50016的分析，我们知道，I，Q信号并非各占T／2。HSP50016发送I或Q所需时间是由串口时钟及数据长度决定的。我们定义HSP50016的串口时钟为5 MHz(不能定义为2.5 MHz，因为信号的中心频率为2.5 MHz ，而串口时钟的幅度较大，这样会有一部分时钟信号渗漏到信号中，从而使解调的质量大大下降。)，数据长度为24位，加上起始及停止位，共26位。?
    这样发送I所需时间为：

    HSP50016发送I，Q数据与C31中断及定时器计数值之间的时序关系如图2所示。?

    图2(a)是HSP50016发送I，Q数据的顺序及时宽。?
    图2(b)是HSP50016发送I，Q数据的具体过程。?
    图2(c)是DSP串口的接收过程及串口中断的发出时机。?
    图2(d)表示DSP响应串口中断的过程及在I，Q中断期间定时器的记数情况。?
    根据式(1)及图2所表示的逻辑关系，我们只要在程序中设置一个定时器即可区分出I或Q信号。设定时器采用C31内部时钟(C31的工作频率为60 MHz)，即计数频率为15 MHz，则发送I时可计数：?
    5.2×15=78个   (2)?
    而发送Q可计数：?
    20.4×15=306个   (3)?
    由式(2)、式(3)可得，当计数值＞200时，此时发送的数据为I(实际值应该在306左右)；反之则为Q。?
[!--empirenews.page--]2.2  数据的处理与输出?
    由前面的分析可得，每一对I，Q数据的采样间隔为25.6 μs。其中I中断占时5.2μs，Q中断占时20.4 μs。而对信号进行处理时，必须等Q到来之后才能进行处理。所以对信号的解调处理放在Q中断内进行。而在I中断内，进行自动增益控制（AGC）等运算。?
    中断处理流程如图3所示。?

    定时器Timer0用于I，Q判断。?
    IorQJudgeFlag用于表明第1次进中断的I，Q判断无效。?
2.3  上边带信号处理UDSP主程序结构?
    由图1可见，DSP收到数据后，首先进行射频衰减的补偿，然后，一路进行解调等处理，最后经过AGC放大后输出；另一路则用于面板电平的指示。DSP根据检测电路的过载线和撤线的状态进行衰减控制。上边带DSP(UDSP)的主程序流程图如图4所示，主程序工作在查询状态。?

    说明：?
    XF0是UDSP的输入线，UDSP查询此线以获知控制面板是否向其发出了新的信息。?
    Read－DuRam1是UDSP读取面板CPU发送信息并进行处理的子程序。若是改变BFO频率或改变AGC起控门限等一般信息，则做相应修改即可；但若改换了工作方式，则需关闭中断，并通知Manage以调入相应的处理程序及滤波器系数等。?
    LSB－Write－Flag是向下边带DSP(LDSP)写入的标志。当AGC起控门限改变时，此标志会置1。主程序查询到此标志为1，会调用Write－Duram2子程序，以向LDSP写入信息。?
    Write－Duram2是向LDSP相应口写入控制信息的子程序。?
    Manage是工作方式改变时，装载新的处理程序及滤波器系数的子程序。?
    AttenuNum是一个循环记数值，SendLevelCode是向CPU发送当前信号强度的子程序。?
    FloatDiv是求自动增益控制中AGC内电平值AGC－Clamp倒数的浮点数除法子程序。?
    TMS320C31实现UDSP主程序清单如下：?

3  结语?

    介绍的短波软件无线电接收机，采用中频数字化软件无线电结构，他是软件无线电产品的雏形。本设计方案，在实际应用中，取得了良好的效果。