TMS320C5402在16路全双工来电显示中的应用

     摘要:来电显示的核心部分就是对来电显示信号即FSK信号的解调。本文介绍了一种新型FSK解调算 法，该算法是基于最小均方差准则的线性预测算法，能够快速准确的解调FSK信号，非常适用于来电显示。同时还介绍了TI公司的TMS320C5402 DSP芯片以及来电显示在该芯片上的实现。 

    来电显示功能作为电话的一种附加功能，被越来越多的用户所接受，成为电话必不可少的功能。本文介绍的就是一种新型FSK解调算法在来电显示中的应用，以及其在TMS320VC5402 DSP上的实现。 

1 基本原理及算法设计

    来电显示（CID,Calling Identity Delivery）是主叫号码信息识别及传送的通俗说法，它是由具有主叫号码信息识别功能的交换机将主叫用户的号码及呼叫的日期、时间等信息传送给具有主叫号码显示功能的终端。

　　来电显示的信息传输方式有2种：2FSK和DTMF。2FSK方式与 DTMF方式相比有如下的优点：（l）数据传输速率高，在规定时间内能传的字符数多；（2）2FSK方式支持ASCII字符集，而DTMF方式只支持数字及少数字符。目前采用2FSK方式的国家和地区有：美国、中国、日本、英国、加拿大、比利时、西班牙、新加坡等；采用DTMF主要则是以瑞典为代表的一些欧洲国家等。

　　2FSK是二进制信号的频移键控的英文缩写，它是指传号（指发送"1"）时发送某一频率正弦波，而空号（指发送"0"）时发送另一频率正弦波。根据Bell202的建议，来电显示的数据传送采用连续相位的二进制频移键控，比特率是1200bps，而"1"对应的频率是1200Hz，"0"对应的频率是2200Hz。

       为了以下叙述方便,在此先给出FSK系统的原理框图,如图1所示。 

 

 

    整个系统的核心是FSK的算法设计。从图1可以看出,关键几步为:①调制,即如何实现任意频率的正弦波发生器。②滤波器设计包括发送滤波器和接收端的低通滤波器。这一步相对来说比较简单,可以利用MATLAB软件来计算其系数,只要给出要求的截止频率等参数即可,这大大减轻了我们的工作。③解调方法使用延迟相乘法,其延迟步数k的选择是整个系统的关键。④同步可使用锁相环来实现,这可以参考大多数文献的锁相环实现方法。为此,在讨论中我们着重突出第①、③两步。 

1.1 调制部分

    调制就是把数字信号变成适合于信道传输的正弦波。在此利用查表法来产生正弦波。因为TMS320C5402中包含一个N=256点的Q15正弦表。相位Ψ_i在[0,2π]上均匀分布:Ψ_i=2iπ/N   i∈[0,N-1]。假设sin_addr为正弦表首地址,则sin(Ψ_i)的地址是sin_addr+i。 

调制信号可表示为:x(t)=Asin(2πFt)=Asin(Φ(t)),F={F₀,F₁}。设T_e为抽样间隔,则当t=nT_e时,Φ(nT_e)=Φ_n=2πFnT_e=Φ_n-1+2πFTe 

   Φ_n=(Φ_n-1+ΔΦ_F)MOD2π 

   ΔΦ_F=2πFT_e≤π    (由仙农定理知:1/T_e≥2F) 

   Φ_n的取模可利用二进制补码的循环性实现。在程序中,Φ_n以16位有符号整数I_n表示:I_n=2¹⁵Φ_n/π-2¹⁵。例如,当Φ_n=0时,I_n=-2¹⁵；当Φ_n=π时,I_n=0；当Φ_n=2π时,I_n=2¹⁵,超出了表示范围,变成-2¹⁵,这样便起到了取模的作用。 

    由I_n确定i方法为:i=I_n/(2¹⁶/N)+N/2,其中2¹⁶/N为正弦表相邻两点的相位差值,相应的ΔI=2¹⁵ΔΦ_F/π=2¹⁶FT_e。 

    假设绝对幅度误差为dx,则AsinΔΦ_F<2dx 

                           Asin(2π/N)<2dx 

                           A2π/N<2dx即N>Aπ/dx 

    这就是对正弦表大小的要求。反过来,如果给定N,则对信号幅度提出了限定。 

    对于v.23,比特率为1200bps,而采样率一般为8000Hz,每个比特的采样点数为8000/1200=20/3,不为整数。为了处理方便,调制时可以提高采样率使其为24kbps,则每个比特采样点数为20。但要注意,发送到线路上的信号采样率仍为8000Hz,可用程序的简单循环控制实现。按照这种处理办法,当发送比特“1”时,ΔI=2¹⁶F₁T_e=2¹⁶×1300×1/(8000×3)=3550;当发送比特“0”时,ΔI=2¹⁶F₀T_e=2¹⁶×2100×1/(8000×3)=5734。