短波数据传输 psk

1、王晓宇1,谢维信2,黄建军2,黄敬雄2(1.西安电子科技大学陕西西安710071; 2.深圳大学智能信息处理实验室广东 深圳 518060)无线电短波是指波长为10100 m的电磁波，其频率为330 MHz。利用短波信道进 行数据通信，具有传输距离远、受地形限制较小、不易遭受人为破坏等优点，有着广阔的应 用前景。文章在对短波信道的特性进行分析的基础上，通过对短波通信的主要工具短波电台 进行改进，提出了一种方案，用于组建一个一点对多点的星型拓扑结构无线网络，进行远距 离数据传输，并根据此方案设计了基于DSP芯片的系统软、硬件。通过实验测试，该系统 实现了组网的功能。组网方案在设计组网方案时需要对

2、短波电台进行改进，为了不影响电台原有的内部硬件结构和功 能，本文方案设计了与短波电台的音频输入输出口相接口的硬件，在发送端先对数字信号做 音频调制，再由电台进行二次调制到短波频段上发送，在接收端经过短波解调和音频解调得 到数字信号。这种改进方法适用于大多数具有语音通信功能的电台，易于移植，具有良好的 经济性和通用性。采用了时分多址(TDMA)的方式，在某一时刻只有一个用户发送信号，以获得较好的信 噪比性能。在短波通信中产生的多径时延，限制通报的码元速率一般在200 b/s以下，本方 案设置码元速率为100 b/s。选择多进制频率键控(MFSK )的音频调制方式，这种方式适合于在缺乏相位稳定性的

3、信 道及衰落信道上进行数据传输，而且充分利用了传输带宽，提高了传输速率。在接收端使用 非相干解调和平方率检波的方法对MFSK信号进行解调1，这种方法不需要估计载波的相 位，大大降低了系统的复杂度。发送端在发送MFSK信号之前插入时域位同步导频，用来帮助接收端获取抽样判决的 位同步信息。本方案利用了m序列的自相关函数近似于冲击函数的特性，使用与码元等周 期的m序列音频调制信号作为位同步导频。接收端在进行导频检测时，先对采样得到的信 号进行顺序移位，再与本地序列做相关，在一个码元周期内，找到最大的相关结果与对应的 时刻，认为此时刻为码元结束的时刻，并由此获得位同步信息。系统硬件设计2.1系统硬件总

4、体结构系统硬件以DSP芯片为核心，对信号主要进行数字处理，把固定的硬件结构和灵活的 软件算法相结合，只通过修改软件就可以实现方案的改进和系统的升级，灵活简单、方便易 行。系统使用TI公司生产的DSP芯片TMS320VC5402(简称C5402)，是一款低功耗、高性 价比的16 b字长定点DSP芯片，运算速率可达100MI/S，具有高度灵活的可操作性和高速 的处理能力，在实时嵌入语音通信等方面得到了广泛的应用。(AU11VP*wn厂 IFHFltFiLJ| JiF.PRCA1l?Vt |cviiDj +nvinTLVISTILITWIM-： iAT* :时心；tLERk K-MSEJLPTTSi

5、ftAFilUKUllWtil l基傥耘件IK回系统硬件结构如图1所示。主要包括4个模块：DSP模块、电源模块、模拟接口模块 和异步串行接口及EPROM模块。DSP模块用来完成数字信号处理算法;电源模块利用了电 台提供的12 V直流电压，经过两级电源转换，产生稳定的3.3 V和1.8 V的电压输出，分别 提供给C5402作为I/O电源和内核电源，同时5 V的直流电压也给电路板上的其他芯片供 电;模拟接口模块和电台音频口连接，用来采样音频输出信号和产生音频模拟输入信号，控 制电台音频输入输出转换键控信号PTT;异步串行接口及EPROM模块完成与信息录入设备 通信，以及保存程序代码并在复位时自行加

6、载。2.2模拟接口模块设计图 2 A 4), l A 芯片 1J DSP 建接 k R：系统硬件采用了 10 b并行A/D转换器TLV1571，该芯片的采样率最高可达1.25 MS/s， 功耗极低，具有2个软件可配置的控制寄存器，由触发信号控制所有的采样、转换和数据输 出，接口和控制简单，采用了双路8 b并行D/A转换器TLC7528，该芯片设计成具有单独 的片内数据锁存器，VDD=5 V时的建立时间为100 ns，传输延时为80 ns，并且可用工作位 电压方式，数据锁存与数模转换同样由触发信号完全控制。他们与C5402的连接如图2所 示。该模块通过地址译码把TLV1571和TLC7528分别

7、映射到I/O空间的0 x0002和0 x0001， 保证在C5402访问数据总线时只有一个芯片处于选通状态。在程序开始时要对TLV1571的工作方式进行初始化，通过写入控制字0X00C0和0 x0100,把他配置成使用内部时钟、软件 启动采样、二进制输出的模 式。C5402将串口引脚FSX0设置为通用输出引脚，控制TLV1571的读信号。在每次定时中断中产生相应的触发信号启动D/A和A/D转换，通过改 变定时中断的频率就可以灵活地更改采样率和D/A转换频率。2.3异步串行接口及EPROM模块设计异步串行接口及EPROM模块与C5402的连接如图3所示。株入杼：mir 础EIU 针5芯片.EPR

8、M UOSPiHS；。、本方案利用了 C5402的缓冲串口 McBSP0的2个引脚：BDR0和BDX0作为通用的输 入和输出引脚，用来模拟异步串口，采用MAX232芯片将C5402输出的TTL电平转换为符 合RC232标准的电平，可以与遵循该标准的器件进行通信。EPROM芯片采用了 AT29C512, 其存储容量为64 k X8 b，用来存储程序代码和完成自举加载。3系统软件设计3.1系统软件总体流程程序开始时，先要进行初始化，对一些初始值和硬件状态进行设置，之后就进入数据收 发的进程中。接收中心首先发送一个“查询”信号，开始一次数据接收，并为整个通信网提 供定时的基准。用户检测到“查询”信号

9、后，如果有数据需要发送，则在属于自己的时间段 内发送数据。接收中心以一定的时间间隔不断发送“查询”信号，由此实现双向的数据传输。 软件流程分别如图4和图5所示。Ki接收中心检件谴程图图S 用户耀秋件沌程哦3.2信号检测算法流程设采样率为f样本/s,码元速率为Rb/s,则对每个码元采样得到的点数为：N=f/R。在 DSP的RAM中设置一个滑窗，其长度为N，用来保存采样结果，每次采样后用新样本覆盖 滑窗中最老的样本，实现数据的更新。在RAM中预先保存了对导频信号进行数字化得到的 N点的本地导频序列，以及对MFSK信号进行数字化得到的NXM的本地MFSK序列，并 开辟N点的缓冲区用来保存做导频检测时

10、的相关结果。信号检测算法的流程如图6所示。在定时中断中使人6肝本，更新批廊本地导麴序列曲川必.保存拮堆到 相关引燃饮冷区据歧人仙凸果的做胃.诚祭窗由与AMFSKJ卜州相胸时齐*部慎敦振商畦也MFSKTI：tfl脾g.国刘lh或据Nfir 6 信号椀测第法很程图4实验测试结果作者根据组网方案和设计的软、硬件，使用解放军某工厂生产的边海防短波电台组建了 一个包含3个用户，1个接收中心的星型网络，并在此网络上测试组网方案。实验设定波特率为100 Baud，采用4FSK信号调制方式，比特率达200 b/s;选择m序列 的长度为15,在每段数据信号之前，插入20个周期的位同步导频。在接收端为了防止对于

11、同步导频的漏检和虚警，采取连续检测到8个周期的导频信号后，开始对接收信号进行非相 干解调的方法，并根据平方率检测器输出的平方和结果的值的大小，判断数据信号是否已经 起始。根据用户数据长度，每个用户分配给1 s的定时时间，实现多用户的组网。测试结果表明，所组建的短波电台无线数传网络，可以准确地完成信息的发送和接收， 实现了组网的功能。5结语使用短波电台组建无线数传网络是一项具有现实意义的工作。本文从短波信道和短波电 台的特性出发，提出了一种采用时分多址(TDMA)，时分双H(TDD)，多进制频率键控(MFSK) 的组网方案，并根据该方案设计了基于DSP芯片的系统软、硬件，实验证明该系统完成了 组网的功能。本方案已经在解放军某部组建的预警信息网络中得到了应用。参考文献1John G.Proakis.DigitalcommunicationsM.北京：电子工业出版社，2001.TI.TLV1571 data sheetDB/CD.200