基于DSP的256PPM調制系統的設計

引言

　　FSO （ Free space optical）是指在兩個(gè)或多個(gè)終端之間，利用在空間傳輸的激光束作為信息載體實(shí)現通信，它包括深空、同步軌道、低軌道、中軌道衛星之間、地面與衛星之間的激光通信，是一種無(wú)需光纖進(jìn)行通信的光通信方式，結合了無(wú)線(xiàn)通信和光纖通信的優(yōu)點(diǎn)，是現代光纖通信技術(shù)的補充和拓展。具有頻帶寬，速率高，容量大，架設靈活便捷，適用于任何通信協(xié)議，頻譜資源豐富，傳輸保密性好，小型化等特點(diǎn)。其應用場(chǎng)合一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)在于光收發(fā)端機的研制。采用何種調制技術(shù)是其中最為核心的問(wèn)題。同OOK等其他調制技術(shù)相比，光PPM（Pulse Position Modulation）調制具有低的平均功率和較高的峰值功率，兼備安全隱蔽和信噪比高的特性，結合考慮其應用場(chǎng)合，PPM調制技術(shù)在FSO系統中被廣泛采用。另外PPM在水下通信、光弧子通信和光纖的長(cháng)途或多用戶(hù)通信中也有良好的應用前景，它的應用具有重要的國防和商用意義。目前國內外對PPM調制技術(shù)已經(jīng)有了比較深入的研究，國外已經(jīng)將該技術(shù)應用到實(shí)際系統中，并取得了性能良好的實(shí)驗數據。而國內只有少數科研單位從事這一領(lǐng)域的研究，在調制發(fā)射應用方面，以前用接口卡、單片機來(lái)實(shí)現，這些方法要么結構復雜、要么調制速率跟不上，實(shí)用性差。隨著(zhù)高速數字信號處理器DSP的出現及廣泛應用，這些問(wèn)題都可以解決。該文根據PPM調制信號的特點(diǎn)和DSP技術(shù)，提出了一種用DSP實(shí)現 256PPM調制的方案，包括硬件電路設計和軟件設計，該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，適合于任意時(shí)隙數和任意脈沖寬度的PPM。

　　1.PPM調制信號

　　PPM調制采用光脈沖作為載波，信源的信息控制脈沖的位置。PPM信號結構如圖1所示。

　　2. PPM 調制系統的實(shí)現

　　2.1 硬件設計

　　PPM 硬件設計框圖如圖2 所示。

　　設計一個(gè)DSP最小系統外加用于程序存儲的FLASH即可實(shí)現PPM的調制。DSP芯片采用 TMS320C5410，內部RAM空間較大，一般應用不需要外擴 RAM，工作時(shí)鐘為100MHz，六級流水，為通用高速低功耗數字信號處理芯片，外設（I/O）工作電壓為3.3V，核工作電壓為2.5V，地為數字地。電源電路采用電源芯片TPS73HD325，典型輸入電壓為＋5V，為VC5410提供＋3.3V 和＋2.5V電源輸出，在TI網(wǎng)站上可查閱到TPS73HD325具體電路連接，同時(shí)也可提供復位。JTAG 口要注意接一些上拉電阻，以便能連接得上仿真器，還要注意DSP一些沒(méi)用到的引腳也要接上拉電阻。外接FLASH的作用是將PPM調制代碼裝入其中，脫離仿真器和PC，給系統單獨上電，也能實(shí)現PPM調制。FLASH采用SST39VF400，其使用方法可參考TI上有關(guān)SST39VF400的使用手冊。限于篇幅，這里不多做介紹。最后在DSP的XF腳接上一個(gè)LED作為調制信號的輸出指示。

　　2.2 軟件設計

　　本系統設計為256PPM，發(fā)送一節信息，包括5個(gè)同步頭，60個(gè)信息，信息值為65。激光 脈沖重復頻率為50Hz ，要求相鄰兩脈沖間隔大于20ms ，這里設時(shí)隙間隔為40μ s ，保護時(shí)隙數設為512，符合要求。利用DSP定時(shí)器產(chǎn)生40μ s 的定時(shí)，這樣可以得到準確的40μ s 脈 沖寬度。首先定義幾個(gè)計數器。同步頭間隔設為512，用t0計數；同步頭個(gè)數設為5，用t1 計數；t2表示信息與保護時(shí)隙512相加的值；信息個(gè)數設為60，用t3表示。其軟件流程圖包括主程序流程圖和中斷服務(wù)程序流程圖。中斷服務(wù)程序流程如圖3所示。

　　主程序流程圖中包括初始化t0，t1，t3，定義t3個(gè)要發(fā)送的信息，設置定時(shí)中斷40μ s ，開(kāi)中斷，等待中斷。定時(shí)時(shí)間到，進(jìn)入中斷，執行中斷服務(wù)程序。

　　圖3 中斷服務(wù)程序流程圖

　　3 試驗結果 用數字示波器觀(guān)測到的256PPM 調制試驗結果如圖4 所示。每格代表10ms ，大約為256 個(gè)時(shí)隙寬度。圖中，第一和第二條線(xiàn)為同步時(shí)隙，間隔512× 40μ s = 20.48ms ，大約為兩格，與理論想相符；后三條為信息時(shí)隙，都與前一條間隔相等，兩格多，也與理論上信息時(shí)隙應出現的間隔（512 + 65）× 40μ s 一致。

　　圖4 256PPM 調制試驗結果