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基于DSP+DDS结构的可编程调制器的硬件平台设计

2017年12月13日 10:41 次阅读

提出了一种软件无线电通用信号发生器的设计方案,包括硬件构成和软件算法的实现。该信号发生器为软件无线电的研究与开发提供了便利条件。

软件无线电是一种无线电通信新的体系结构。在1992年5月美国电信系统会议上,JeoMitola首次提出了软件无线电概念,之后迅速引起了人们的关注,并开始对它进行广泛而深入的研究。具体地说,软件无线电是以可编程的DSP或CPU为中心,将模块化、标准化的硬件单元以总线方式连接起来,构成通用的基本硬件平台,并通过软件加载来实现各种无线通信功能的开放式的体系结构。它使得通信系统摆脱了面向设计思想,被认为是无线通信从模拟到数字、从固定到移动之后的又一次突破。

在软件无线电的研究过程中,调制解调技术是移动通信系统空中接口的重要组成部分。在不同的蜂窝半径和应用环境下,移动通信的信道呈现不同的衰落特性,根据移动信道的衰落情况,自动地改变调制方式,从而提高传输效率并保证传输性能。那么,一个通用的信号源是必不可少的。
 
作者设计了一个基于DSP+DDS结构的可编程调制器的硬件平台,并在此硬件平台上实现了各种模拟调制和数字调制的通用软件算法。当改变调制制式时,无需再次下载程序,而且调制制式、比特速率、输出中频均可调。

1 硬件结构

通常,信号源输出的波形多数是对周期的01序列进行调制,输出波形单一,只能作为解调输入信号的一种特例,缺少通用性。而许多专用芯片采用的调制方式也是有限的。用DSP+DDS构成的通用多制式信号发生器不仅可以实现模拟调制,而且可以实现各种数字调制。DSP利于基带信号的实时处理,可以实现高速调制,而DDS具有频率分辨率高、频率变化速度快、相位连续、易于数字控制等特点。图1给出多制式信号发生器硬件原理图。

信号发生器主要由三部分构成:控制单元、数字信号处理器(DSP)、正交数字上变频器(Quadrature Digital Upconverter)。

DSP采用TI公司的TMS320VC5402,它独特的哈佛结构、硬件密集型方案和灵活的指令系统可以满足对信号的实时处理,它的高性能、低功耗及低价位使其得到广泛应用。

正交数字上变频器采用AD公司的AD9857。AD9807最高工作频率为200MHz,输出中频频率范围为0~80MHz。AD9807内部集成半带滤波器、CIC(ascaded Integrator Comb)滤波器、反SINC滤波器、高速的14位是一个相位连续的直接数字频率合成器DDS(Direct Digital Synthesizer)。在该方案中,AD9857工作在正交调制模式。它的32位频率控制字使输出频率的最高精确度为:SYSCLK(系统时钟)除以2 32。
 

控制单元决定采用哪一种调制制式、比特速率及输出中频频率。

DSP读入控制单元的数据,然后经过串口向AD9857发送控制字。原始信息数据(是由DSP产生的伪随机序列)首先在DSP中进行编码、调制等处理后得到基带信号。基带处理得到正交信号的I/Q分量交替进入AD9857,经过串并变换,转换成两路并行的I/Q数据,进行内插和上变频运算,然后通过D/A变换直接输出模拟中频信号,从而将基带处理和中频调制合二为一。

AD9857对输入的数字信号进行采样和内插,降低了DSP的处理负担,使整个系统的性能达到较好的程度。

2 软件算法

软件无线电具有完全的可编程性。它采用数字信号处理技术,在可编程控制的通用硬件平台上,利用软件来定主实现无线电台的各部分功能,包括对无线波段、信道调制、接入方式、数据速率的编程等。因此通过程序进行控制和操作,是软件无线电最突出的特点之一。软件算法的设计直接关系到电台软件的实现。软件无线电台对信号的处理都是实时的,因此对算法的时间及空间的复杂性都提出了很高的要求。

为节省有限的DSP运算资源,软件无线电软件算法研究中大量采用查表法来提高处理速度,通常在调制过程中使用波形存储法。编写软件算法程序时,只要某一调制方式及其对应的输出状态数目是有限的,就可以借助表法来实现。查表法避免了大量的中间运算,简单易行,唯一的缺点是占用了大量的存储空间。因此,需要建立一张通用的表格,该表格存储了经过量化的14位有符号的二进制数。表格的设计应达到查表过程简单,同时满足不同的调制方式。用这个表还可以实现正弦函数的计算,只需将当前相位移相π/2。

除了一张通用的余弦表,针对不同的调制方式还需分别建立对应的调制星座图映射表,按照调制方式分类组成一个相位表格库。对于差分相位调制,该表格为差分相位表格。当调制方式确定后,根据得到的码元,查表计算当前相位Φk。

图2以(π/4)DQPSK调制方式为例,介绍差分相位调制软件算法。数字存储区存储的是一个周期的余弦函数波形样点,设存储区的采样点数为N,表格的移动步长为d。原始调制每两个比特一组,通过表1中的调制星座图映射成差分相位ΔΦk与前一码无的相位进行模2π相加得到当前码元的绝对相位Φk,计算Φk在余弦表中的偏移地址,根据偏移地址调制信号的数据。

设f(i)=cos(id),其中0≤i
那么,当前相位Φk(0≤Φk<2π)的偏移地址为:Φk&TImes;N/2π。

(π/4)DQPSK对应的绝对相位Φk的可能取值有:0°、45、90°、135°、180°、225°、270°、315°。如果N=144,即d=2.5,则Φk在余弦表中对应的偏移地址为:0°、18°、36°、54°、72°、90°、108°、126°。

3  调制信号波形

采用PCB四层板设计,实现了该信号发生器的硬件平台,并在此平台基础上完成了以下调制方式的软件编程:AM、DSB、SSB、FM、GMSK、FSK、BPSK、DBPSK、QPSK、(π/4)DQPSK、8PSK、4-64 Star-QAM。其中数字调制方式的码元速率可达到1MHz(即对于四相调制,比特速率可达2Mbps;对于32QAM调制,比特速率可达5Mbps),载波频率可达到70MHz,调制方式、比特(或码元)速率、输出中频均可调。

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如果您的低端设备多出了500MHz的DSP MIPS,您将如何利用?我想开发者们往往会利用这些运算能...

发表于 2018-02-10 13:15 250次阅读
DSP技术应用让设备差异化浓缩

为汽车音频提供更大存储器的ADI最新DSP方案

与其他DSP器件相比,ADAU146x系列具有无与伦比的并行处理性能、灵活性和系统可扩展性。经济高效...

发表于 2018-02-10 09:36 327次阅读
为汽车音频提供更大存储器的ADI最新DSP方案

最佳化DSP设计加速自驾车发展

汽车的体系庞大,被视为物联网与AI应用的重要市场,就整体来看,汽车体系包括服务、自动驾驶、传感器、安...

发表于 2018-02-09 13:43 266次阅读
最佳化DSP设计加速自驾车发展

基于DSP芯片的音频信号滤波系统设计方案介绍

20世纪60年代以来,随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在过...

发表于 2018-02-09 09:58 637次阅读
基于DSP芯片的音频信号滤波系统设计方案介绍

基于DSP TMS320F2812的危化品实时监...

基于DSP的危险气体泄漏监测报警系统由从机与主机构成,如图2所示。从机以TI公司的DSP芯片TMS3...

发表于 2018-02-09 05:10 331次阅读
基于DSP TMS320F2812的危化品实时监...

基于FPGA/DSP技术的飞机总线系统通讯软件设...

目前,随着工艺和技术的进步,集成电路技术的发展已经使得在一个芯片上集成一个可编程系统(Program...

发表于 2018-02-08 15:02 297次阅读
基于FPGA/DSP技术的飞机总线系统通讯软件设...

多核DSP成为通信基础设施应用趋势

随着语音、视频和数据“三合一”服务成为业界潮流,下一代有线和无线基础设施对DSP的处理能力要求越来越...

发表于 2018-02-08 14:09 239次阅读
多核DSP成为通信基础设施应用趋势

DSP在射频识别系统中的应用

以TMS320为代表的数字信号处理(DSP)芯片自80年代由TI公司推出以来,已提供了不同系列, 各...

发表于 2018-02-08 10:33 145次阅读
DSP在射频识别系统中的应用

DSP技术在汽车定位防盗系统的应用及体系结构研究

随着人们生活水平的提高,汽车已逐步进入家庭,对汽车防盗的要求越来越高。尽管市场上的汽车防盗器正逐步改...

发表于 2018-02-08 08:51 349次阅读
DSP技术在汽车定位防盗系统的应用及体系结构研究

先进DSP技术在助听器中的应用

很少有应用比现代助听器面临更多的技术限制。在这里,在较小的设计内提高性能水平和降低功耗的需求大于消费...

发表于 2018-02-08 08:48 313次阅读
先进DSP技术在助听器中的应用

多轴电机控制设计【DSP解决方案与FPGA电机控...

现代传动系统要集成控制回路精度、扩展性、网络通信、外设控制、数据和设计安全、功能安全和可靠性等特性,...

发表于 2018-02-07 16:37 356次阅读
多轴电机控制设计【DSP解决方案与FPGA电机控...

DSP平台在语音数字化设计中的应用

基于DSP平台的语音数字化设计以DSP为核心处理器,采用硬件软件相结合的技术,具有话音采集,数字化压...

发表于 2018-02-06 17:15 223次阅读
DSP平台在语音数字化设计中的应用

基于OMAP3730的低成本高清屏媒系统【DSP...

设计并实现了一种基于OMAP3730的低成本高清屏媒系统,能够充分发挥可编程C64+DSP的强大计算...

发表于 2018-02-06 17:13 366次阅读
基于OMAP3730的低成本高清屏媒系统【DSP...

基于以太网BOOTP协议的DSP程序加载技术

为了解决工业远程控制设备的软件更新带来的成本和效率问题,在研究了以TMS320C6670为核心的DS...

发表于 2018-02-06 16:16 260次阅读
基于以太网BOOTP协议的DSP程序加载技术

DSP的电子负载中硬件和软件功能的分配和协调

控制模块:该模块由TMSF2812来实现,通过计算机接收用户的指令,生成所需的电压电流信号,驱动信号...

发表于 2018-02-05 20:46 159次阅读
DSP的电子负载中硬件和软件功能的分配和协调

数字音频处理器(DSP)的主要作用

数字音频处理器(DSP)就是为了解决这些林林总总的问题。在这个设备刚研发出来的时候,DSP是单独的一...

发表于 2018-02-05 20:41 566次阅读
数字音频处理器(DSP)的主要作用

GPU/FPGA脱颖而出,CPU/DSP还有哪些...

2017年12月,IBM推出首个为AI而生的服务器CPU POWER9,旨在为数据密集型人工智能工作...

发表于 2018-02-05 20:36 367次阅读
GPU/FPGA脱颖而出,CPU/DSP还有哪些...

数字信号处理选型和介绍

本文开始对数字信号处理和数字信号处理的选型进行了介绍,其次介绍了数字信号处理芯片的选型参数,最后介绍...

发表于 2018-02-05 14:02 786次阅读
数字信号处理选型和介绍

基于KeyStone器件特性的鲁棒性系统设计及例...

对于复杂的系统,鲁棒性是非常重要的。为了协助客户建立鲁棒性系统,KeyStone器件提供了多种硬件保...

发表于 2018-02-04 22:24 115次阅读
基于KeyStone器件特性的鲁棒性系统设计及例...

基于实时DSP系统的烧写及程序自动加载方案设计及...

TMS320C6701(以下简称C6701)是一款浮点运算DSP,适用于需要大量运算且实时性要求高的...

发表于 2018-02-04 20:59 141次阅读
基于实时DSP系统的烧写及程序自动加载方案设计及...

世强与进芯电子达成代理协议 进一步扩充产品线

世强作为中国本土最知名的元件分销商,进芯电子专注数字信号处理芯片研发。据报道,世强宣布与进芯电子达成...

发表于 2018-02-03 10:57 240次阅读
世强与进芯电子达成代理协议 进一步扩充产品线

基于DSP的数字示波器GUI开发与软件设计流程

RIGOL DS1000系列数字示波器采用的是320×234分辨率的TFT液晶显示器,通过液晶的驱动...

发表于 2018-02-02 15:07 1027次阅读
基于DSP的数字示波器GUI开发与软件设计流程

剖析DSP编程优化的7个方法

方法一 把浮点运算改成定点运算 因为C6x DSP板并不支持浮点运算,但我们的原始程序代码是浮...

发表于 2018-02-02 14:56 966次阅读
剖析DSP编程优化的7个方法

电量测量装置的高精度校验实现方案

本文叙述在进行电量测量装置的高精度校验中,采用数字信号处理器TMS320F206及其与工业控制PC机...

发表于 2018-02-02 05:56 158次阅读
电量测量装置的高精度校验实现方案

利用DSP芯片设计PWM开关电源的原理及完整解决...

目前,开关电源以具有小型、轻量和高效的特点而被广泛应用于以电子计算机为主异的各种终端设备和通信设备中...

发表于 2018-01-26 12:07 461次阅读
利用DSP芯片设计PWM开关电源的原理及完整解决...