基于軟件無(wú)線(xiàn)電思想的數字通信終端接口電路設計與實(shí)現

1前言
軟件無(wú)線(xiàn)電（Software Radio）是隨著(zhù)計算機技術(shù)和高速數字信號處理技術(shù)的發(fā)展迅速而發(fā)展起來(lái)的。其基本思想是將寬帶A／D及D／A變換器盡可能地靠近天線(xiàn)，將電臺的各種功能用一個(gè)開(kāi)放性、模塊化平臺上的軟件實(shí)現。軟件無(wú)線(xiàn)電的出現使得無(wú)線(xiàn)電技術(shù)由以硬件為主的時(shí)代走向了以軟件為主的時(shí)代。事實(shí)上，它是繼模擬通信技術(shù)、數字通信技術(shù)之后的第三代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。
　　現代通信無(wú)論是有線(xiàn)還是無(wú)線(xiàn)，一般都采用集中交換方式在用戶(hù)間通過(guò)交換和傳輸來(lái)實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)的通信，但在有些特殊環(huán)境下，分布式交換系統在安全和可靠性方面獨具魅力。本文論述的通信系統就是基于這種思想設計的。該數字通信系統在蜂窩移動(dòng)電話(huà)通信的基礎上將FDM／FDMA，TDMA、程控交換、信道掃描和分配等技術(shù)綜合為一體，因而是一種全新的有線(xiàn)通信產(chǎn)品。它不需要中央控制交換機，即可在同一對饋線(xiàn)上實(shí)現多對用戶(hù)的自動(dòng)交換和通話(huà)。所有用戶(hù)終端都是基于分布智能原理而實(shí)現的，即每一用戶(hù)都有通信接入／撤除的支配權。因而，該系統具有廣泛的應用前景。圖1為該系統的基本網(wǎng)絡(luò )結構圖。
2通信終端的線(xiàn)路接口設計
2．1通信終端的基本功能介紹
　　通信終端是網(wǎng)絡(luò )上的主要設備，每一通信電話(huà)都有接入和拆除的主動(dòng)權。同時(shí)不影響其它設備的正常工作。通信終端可實(shí)現語(yǔ)音、數據、傳真等多種業(yè)務(wù)接入。
　　通信終端的主要技術(shù)是軟件技術(shù)，即利用DSP和MPU等先進(jìn)技術(shù)，并通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現盡可能多的硬件工作，從而使設備的可靠性和靈活性大大提高，其通信終端的基本功能框圖如圖2所示。其中的DSP模塊可實(shí)現信道掃描、自適應均衡、調制解調、信道濾波、糾錯和加密、數據適配和功率控制等功能。系統管理和控制MPU模塊則可用來(lái)實(shí)現信令管理、數據接口、系統狀態(tài)管理等功能。語(yǔ)音處理接口模塊的作用是進(jìn)行語(yǔ)音壓縮處理。數據接口模塊可實(shí)現與RS232接口的電平適配。系統中的供電系統包括DC／DC轉換和電壓監視等。

　　由于本系統的通信信道是某特殊雙絞線(xiàn)，衰減率約20dB／km，因此，在信號傳輸10km以上時(shí)，會(huì )產(chǎn)生近100dB的衰減，因此，通信信道將變得非常惡劣。但它的信道幅頻特性衰減比較小，并主要分布在中頻。
　　上述的信道特點(diǎn)決定了該數字通信系統終端線(xiàn)路特殊的接口電路設計。
2．2數字通信終端的線(xiàn)路接口
　　由于該數字通信系統終端采用的是實(shí)時(shí)全雙工通信，因此其接口電路必須具有收發(fā)兩個(gè)通道。另外，該通信系統采用的是共路信令，因此其信令信道和話(huà)音信道是分開(kāi)的，它們之間存在一定的保護帶。所以，線(xiàn)路接口電路主要由信令的兩路收發(fā)通道和話(huà)音的兩路收發(fā)通道組成。圖3所示是該數字通信終端接口電路的功能框圖。圖中，從變壓器耦合電路進(jìn)來(lái)的信號經(jīng)L1→B＿BPF1→L5→ADC1和從插針電路進(jìn)來(lái)的信號經(jīng)DAC1→CS1→B＿BPF2→L3分別組成話(huà)音信道的收發(fā)通道；而從變壓器耦合電路進(jìn)來(lái)的信號經(jīng)L2→N＿BPF1→L6→ADC2和從插針電路進(jìn)來(lái)的信號經(jīng) DAC2→CS2→N＿BPF2→L4則分別組成了信令信道的收發(fā)通道。
3通信終端線(xiàn)路接口的實(shí)現
3．1寬帶帶通濾波電路
　　由于信道的衰減很大（20dB／km），因此在傳輸距離較長(cháng)（如達到 4km）時(shí)，信號在到達接收機輸入端時(shí)將有很大（80dB）的衰減，這樣，信號將被淹沒(méi)在噪聲中，故須用一個(gè)阻帶衰減至少為60dB的帶通濾波器來(lái)濾除帶外噪聲，以提高輸入信噪比（SNR），從而減小后面軟件處理（信道均衡、上下統采用的是共路分開(kāi)的，因此，信鄰信道干擾），同擾，因此，必須分別用兩個(gè)不同帶寬的帶通濾波器將它們分別從信道中取出，這兩個(gè)濾波器的作用除了濾除帶外噪聲外，也可同時(shí)抑制相鄰信道信號的干擾，以提高各自的輸入信噪比（SINR）。此外，ADC對模擬信號的采樣將使信號的頻譜產(chǎn)生周期拓延，故須用帶通濾波器對話(huà)音和信令信號的頻譜加以限制以使拓延后的信號頻譜不會(huì )發(fā)生混疊，同時(shí)，濾波器也可起到防混疊的作用。

　　本系統所選用的通用濾波芯片LTC1562在一片芯片內部集成了4個(gè)兩階濾波器，每個(gè)濾波器的中心頻率可調范圍為10kHz～150kHz。 LTC1562無(wú)需外部輸入時(shí)鐘，通過(guò)外接電阻和電容便可構成低通（LOWPASS）、帶通（BANDPASS）和高通（HIGHPASS）濾波器，其中心頻率（f₀）、品質(zhì)因素（Q）和增益（GAIN）可用電阻編程設置，該芯片既可采用單電源（＋5V）供電，也可用雙電源（±5V）供電。LTC1562以其上述特性完全可以在本系統中用來(lái)構成窄帶帶通濾波器（帶寬為幾kHz）和寬帶帶通濾波器的高通濾波部分，圖4為寬帶帶通濾波器的實(shí)際電路。
　　低通濾波芯片LTC1569－7可工作在＋5V單電源條件下，其截止頻率可達300kHz，并可通過(guò)一個(gè)外接電阻改變?yōu)V波器的截止頻率。該芯片內部集成了一個(gè)10階的線(xiàn)性相位濾波器。由于截止頻率在200kHz以上時(shí)，利用LTC1569－7構成低通濾波器具有比通用濾波器LTC1562 更好的特性，因此，本設計選用它作為低通濾波器。