基于DSP的單兵背負(fù)式短波數(shù)字通信系統(tǒng)

二十一世紀(jì)的戰(zhàn)爭(zhēng)將以數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)為背景,而數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)的一個(gè)重要特點(diǎn)是信息可以直達(dá)單個(gè)士兵。采用基于軟件無(wú)線電的思想,應(yīng)用第三代數(shù)字信號(hào)處理器 TMS320C31和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片TLC32044等器件構(gòu)成短波自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)器的硬件平臺(tái),將其與傳統(tǒng)的模擬電臺(tái)相連接,構(gòu)成了可傳輸數(shù)據(jù)信息的單兵背負(fù)式數(shù)字化電臺(tái),通過(guò)軟件程序的編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)信息處理的一系列功能。

此數(shù)字化電臺(tái)不僅保留了原有的話音通信能力,而且又增加了數(shù)據(jù)通信功能。它充分利用了現(xiàn)有的短波通訊設(shè)備,并大大降低了數(shù)字化改造的成本。采用它可以將戰(zhàn)場(chǎng)上的各種信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字保密代碼,通過(guò)短波無(wú)線信道發(fā)送接收,把指揮所、部隊(duì)及單個(gè)士兵緊密聯(lián)系起來(lái),形成機(jī)動(dòng)靈活的短波通信網(wǎng)路,使指戰(zhàn)員實(shí)時(shí)掌握戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),增加信息對(duì)抗和信息攻擊能力,從而提高部隊(duì)的戰(zhàn)斗力。

1  軟件無(wú)線電技術(shù)

隨著高速數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的研究開(kāi)發(fā),軟件無(wú)線電技術(shù)得到飛速發(fā)展。其基本概念是將硬件作為無(wú)線通信的基本平臺(tái),而將盡可能多的無(wú)線及個(gè)人通信功能以軟件實(shí)現(xiàn)。其組成框圖如圖1所示。

軟件無(wú)線電的核心是將寬帶A/D和D/A盡可能靠近天線(將A/D和D/A由基帶移到中頻甚至射頻),用實(shí)時(shí)高速DSP/CPU代替?zhèn)鹘y(tǒng)的專用數(shù)字電路做 A/D后的一系列處理,將無(wú)線通信的各種功能采用軟件進(jìn)行定義。軟件無(wú)線電代表一個(gè)軟件可重構(gòu)的無(wú)線電體系,它的可重構(gòu)性主要體現(xiàn)在其射頻、中頻以及基帶信號(hào)處理可以通過(guò)軟件編程來(lái)控制和實(shí)現(xiàn)。其硬件平臺(tái)可以用可編程數(shù)字信號(hào)處理芯片或可重構(gòu)專用功能信號(hào)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 系統(tǒng)硬件組成及工作原理

以TMS320C31高速信號(hào)處理器為核心,輔以相應(yīng)外圍電路,構(gòu)成短波自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)器,它和短波單邊帶電臺(tái)連接后,構(gòu)成短波數(shù)字通信系統(tǒng)中的一個(gè)站。短波自適應(yīng)控制調(diào)制解調(diào)器主要由主處理器TMS320C31、溫補(bǔ)晶振、高速RAM、低速EPROM、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、控制頻道轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示器、按鍵等部分組成,如圖2所示。

TMS320C31(以下簡(jiǎn)稱C31)是TI公司生產(chǎn)的第一代浮點(diǎn)DSP芯片,具有32位的浮點(diǎn)精度,60納秒的單周期指令執(zhí)行時(shí)間,能進(jìn)行整數(shù)、浮點(diǎn)及邏輯運(yùn)算,總共有三套總線,即程序總線、數(shù)據(jù)總線和DMA總線,取指、讀寫(xiě)數(shù)據(jù)以及DMA操作可同時(shí)進(jìn)行,可以尋址16M字的空間,是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的DSP芯片之一。它提供了可與外部串行設(shè)備通信的串行接口,支持8/16/24/32位數(shù)據(jù)交換,為設(shè)計(jì)A/D、D/A接口電路提供了很大的靈活性。它的程序引導(dǎo)功能(Bootloader)使其程序可以從低速EPROM、PROM或串行口裝入到系統(tǒng)的高速RAM中全速運(yùn)行。

存儲(chǔ)器部分包括128K×32高速RAM、256K×8低速EPROM(或EEPROM)和8K×8不揮發(fā)RAM。EPROM是用戶程序存儲(chǔ)器,由于高速 EPROM價(jià)格昂貴,這里采用低速廉價(jià)的EPROM,開(kāi)機(jī)或復(fù)位后,利用C31特有的程序自動(dòng)裝載功能,自動(dòng)將EPROM中的用戶程序裝載到高速RAM 中,并從用戶程序首地址開(kāi)始全速運(yùn)行。

高速RAM:由4片128K×8、速度為15納秒的SRAM組成128K×32的高速RAM區(qū)。它既作程序存儲(chǔ)區(qū),又作高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。

8K×8不揮發(fā)RAM:內(nèi)帶保護(hù)電路和電池,用作參數(shù)存儲(chǔ)器�？梢噪S時(shí)讀寫(xiě)(需加等待狀態(tài)),關(guān)機(jī)后數(shù)據(jù)不丟失,用于存儲(chǔ)用戶地址、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、掃描速度及系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行所需的一些參數(shù)。 

短波電臺(tái)接口:TLC32044是TI公司生產(chǎn)的接口芯片(簡(jiǎn)稱AIC)TLC32040系列中的一種,它集A/D、D/A于一體,具有兩個(gè)模擬輸入口和一個(gè)模擬輸出口,最高采樣頻率為19.2kHz。它用于電臺(tái)與C31之間的收發(fā)信號(hào)接口,通過(guò)C31的串行口與C31芯片連接。在程序控制下,A/D轉(zhuǎn)換器將來(lái)自電臺(tái)的模擬信號(hào)經(jīng)高速采樣后傳送給CPU,由CPU運(yùn)算處理和解碼后恢復(fù)數(shù)據(jù)信息。D/A轉(zhuǎn)換器的功能是將經(jīng)過(guò)編碼的發(fā)送信息轉(zhuǎn)換成適合信道傳輸?shù)哪�擬信號(hào)經(jīng)電臺(tái)發(fā)送出去。