HSP50415的原理及其在中頻數字化中的應用
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關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線(xiàn)電；數字上變頻；數字調制；HSP50415
１ 引言
軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)已在當今無(wú)線(xiàn)通信中得到了迅猛發(fā)展，并逐漸成為通信領(lǐng)域一個(gè)新的發(fā)展方向。軟件無(wú)線(xiàn)電的基本思想是在一個(gè)通用的硬件平臺上，通過(guò)軟件加載的方式用軟件實(shí)現所有無(wú)線(xiàn)電臺的功能。軟件無(wú)線(xiàn)電的理想結構是將Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ盡可能地靠近天線(xiàn)?？紤]到目前Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ的帶寬及ＤＳＰ的處理能力，一般采用中頻采樣的軟件無(wú)線(xiàn)電結構。
圖1
２ ＨＳＰ５０４１５的功能和特點(diǎn)
２．１ ＨＳＰ５０４１５的內部結構和功能
ＨＳＰ５０４１５由２５６深度的ＦＩＦＯ數據緩沖器、星座映射器、成形和內插濾波器、復數乘法器、符號率ＮＣＯ、載波ＮＣＯ及雙路ＤＡＣ組成。其內部組成如圖１所示。各組成部分的功能如下：
前端數據輸入模塊：ＨＳＰ５０４１５的信號輸入管腳是ＤＩＮ(０～１５)、ＩＳＴＲＢ、ＴＸＥＮ和ＤＡＴＡＣＬＫ。數據輸入有兩種方式：一種是固定符號速率傳輸方式，一種是猝發(fā)傳輸方式。在固定符號速率傳輸方式下，數據將以２倍采樣率進(jìn)入數據緩沖區，緩沖區為２５６３２ｂｉｔ的ＦＩＦＯ。一旦一對Ｉ和Ｑ數據進(jìn)入ＦＩＦＯ，數據會(huì )以采樣率讀出。因為ＦＩＦＯ完成了一個(gè)串并變換，將一路信號變換成Ｉ和Ｑ兩路信號，因此輸入端數據率是輸出端的２倍。在猝發(fā)方式下，當數據滿(mǎn)或半滿(mǎn)時(shí)，ＦＩＦＯ的標志位可觸發(fā)ＤＳＰ的中斷，通知ＤＳＰ停止發(fā)數據，這時(shí)可讀數據。Ｉ／Ｏ輸入時(shí)序如圖２所示。
星座映射圖：星座映射圖中有一個(gè)用戶(hù)可編程查找表（２５６８ｂｉｔ ＲＡＭ），這個(gè)查找表僅支持Ｉ／Ｑ最大位寬為４ｂｉｔ(２５６ＱＡＭ)的數據，可完成各種正交的ＰＭ和ＡＭ基帶碼映射。Ｉ和Ｑ數據合并成８ｂｉｔ的數據作為地址去查表，得到映射數據并以Ｉｏｕｔ＜３:０＞和Ｑｏｕｔ＜３:０＞的形式輸出，如圖３所示。
成形濾波器：成形濾波器的基本內插率為４、８或１６。此外，還有一個(gè)可選的２ｂｉｔ模式以供用戶(hù)將抽樣率減少１／２。成形濾波器的運算由移位累加來(lái)完成，其最大輸入采樣率為ＭＩＮ((ＣＬＫ２２＾ｔｗｏＢｉｔＭｏｄｅ)／(＃ｂｉｔｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎＲａｔｅ)，ＣＬＫ／４)。若使用２ｂｉｔ模式，則式中ｔｗｏＢｉｔＭｏｄｅ為１，否則為０，＃ｂｉｔ為輸入數據的位數，ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎＲａｔｅ為內插率。
半帶濾波器：半帶濾波器的內插率為２，由于其系數在偶數點(diǎn)上為零，因此可將計算量減少一倍。
內插濾波器：內插濾波器將半帶濾波器的輸出采樣率插值到最終的采樣率Ｆｓｏｕｔ。
數控振蕩器（ＮＣＯ）：為內插濾波器提供時(shí)鐘，并允許輸入和輸出采樣率有非整數倍關(guān)系。
乘法器：把基帶信號調制到可編程中頻上。
輸出模塊：ＨＳＰ５０４１５內部集成了雙路１２位ＤＡＣ，并由ｘ／ｓｉｎｘ濾波器提供滾降補償，可以實(shí)現模擬輸出。另外還提供了１４位數字輸出。
２．２ ＨＳＰ５０４１５的特點(diǎn)
ＨＳＰ５０４１５是一個(gè)功能強大的可編程調制器，編程十分靈活，信號的極性可以通過(guò)編程來(lái)改變，內部集成了高速Ｄ／Ａ轉換器，性?xún)r(jià)比較高。ＨＳＰ５０４１５具有功耗低、 精度高、可靠性強等優(yōu)點(diǎn)，其主要性能參數如下：
●最高輸出采樣率達１００ＭＨｚ?最高輸入數據率達２５ＭＨｚ。
●編程載波ＮＣＯ和符號ＮＣＯ均為３２位，精度高。
●ｘ／ｓｉｎｘ滾降補償。
●每路有四片６４７２位的ＦＩＲ濾波器，其系數ＲＡＭ可由Ｉｎｔｅｒｓｉｌ公司提供的軟件來(lái)產(chǎn)生。
●成形濾波器的內插率可編程設置，達２４個(gè)符號間隔，半帶濾波器和內插濾波器的系數是固定的。
●數字信號處理能力大于７０ｄＢ（ＳＦＤＲ）。
●１４位數字輸出或雙路１２位Ｄ／Ａ模擬輸出，Ｄ／Ａ處理能力大于５０ｄＢ。微處理器端口有１８個(gè)控制寄存器，可方便地控制２５６３２位ＦＩＦＯ及其深度、成形濾波器的階數、增益調整、符號速率、載波頻率及是否旁路某些模塊等。
２．３ ＨＳＰ５０４１５的主要管腳功能：
ＣＬＫ： 系統時(shí)鐘
ＳＹＳＣＬＫ／２： 系統內部時(shí)鐘
ＤＩＮ＜１５:０＞： 數據總線(xiàn)
ＣＤＡＴＡ＜７:０＞： 微處理器數據總線(xiàn)
ＲＤ： 微處理器讀
ＷＲ： 微處理器寫(xiě)
ＡＤＤＲ＜２:０＞： 微處理器地址總線(xiàn)
Ｉｏｕｔ＜１３:０＞,Ｑｏｕｔ＜１３:０＞： 數字輸出
ＩＯＵＴＡ,ＩＯＵＴＢ,ＱＯＵＴＡ,ＱＯＵＴＢ: 模擬輸出
２＊ＳＹＭＣＬＫ： 采樣時(shí)鐘的２倍
ＲＥＦＣＬＫ： 參考時(shí)鐘
ＤＡＴＡＣＬＫ： 異步數據時(shí)鐘
ＴＸＥＮ： 猝發(fā)模式選通信號
ＩＳＴＲＢ： 路數據選通信號
ＩＮＴＲＥＱ： 中斷請求信號
ＦＥＭＰＴ,ＦＯＶＥＲ,ＦＦＵＬＬ： ＦＩＦＯ電平監控信號
ＬＯＣＫＤＥＴ： 數字鎖相環(huán)的狀態(tài)標志
ＩＣＯＭＰ,ＱＣＯＭＰ： 為減小串音提供的補償信號
ＲＥＦＬＯ： 內部參考選擇
ＲＥＦＩＯ： 外部參考電壓輸入
ＦＳＡＤＪ： 滿(mǎn)量程電流調整
ＨＳＰ５０４１５的初始化包括兩部分，一是對控制寄存器的初始化，二是對成形濾波器系數ＲＡＭ及星座映射器ＲＡＭ的初始化。ＨＳＰ５０４１５總共有１８個(gè)寄存器，通過(guò)對這些控制寄存器的訪(fǎng)問(wèn)，可以方便地控制２５６３２位ＦＩＦＯ及其深度、成形濾波器的階數、增益調整、符號速率、載波頻率以及是否旁路某些模塊等，從而便于進(jìn)行硬件調試。系數和控制字的值可以使用Ｉｎｔｅｒｓｉｌ公司網(wǎng)站提供的可執行文件ｓｉｍ４１５．ｅｘｅ和ｍｏｄｕｌａｔｏｒ．ｅｘｅ方便地產(chǎn)生。圖４表示將值為ＡＡＢＢＣＣＤＤ的控制字送入地址為０Ｃ的控制寄存器的時(shí)序。
ＨＳＰ５０４１５的參數可由下面的公式確定：
符號率ＮＣＯ＝（ｓｙｍｂｏｌｒａｔｅ／Ｆｓｏｕｔ）２３２
載波ＮＣＯ＝（ｃａｒｒｉｅｒＦｒｅｑｕｅｎｃｙ／Ｆｓｏｕｔ）２３２
３ ＨＳＰ５０４１５的調制原理及實(shí)現
ＨＳＰ５０４１５的復數乘法器可完成如下運算：
Ｓ(ｎ)＝Ｉ(ｎ)ｃｏｓ(ω０ｔｓ)－Ｑ(ｎ) ｓｉｎ(ω０ｔｓ)?
其中，Ｓ(ｎ)為輸出信號，ω０為載波頻率，ｔｓ為取樣間隔。根據Ｉ(ｎ)和Ｑ(ｎ)編碼方式的不同，可以完成ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ｍ－ＱＡＭ等調制方式。如令Ｑ(ｎ)＝０，則：
Ｓ(ｎ)＝Ｉ(ｎ)ｃｏｓ(ω０ｔｓ)
此時(shí)即可得到ＤＳＢ調制信號。
４ 用ＨＳＰ５０４１５實(shí)現數字上變頻
ＨＳＰ５０４１５編程靈活，可應用于無(wú)線(xiàn)電臺的發(fā)射系統中。圖５為ＨＳＰ５０４１５與ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９的接口電路，可用來(lái)實(shí)現數字上變頻技術(shù)。
圖中采用了兩個(gè)片選信號，用于區分微處理器端口和數據端口。初始化時(shí)ＣＥ２選通，ＤＳＰ通過(guò)微處理器接口訪(fǎng)問(wèn)ＨＳＰ５０４１５。初始化完成后ＣＥ０選通，ＤＳＰ每收到一個(gè)中斷，便通過(guò)ＤＡＴＡ／ＦＩＦＯ接口向ＨＳＰ５０４１５發(fā)一個(gè)數據。ＸＦ連接ＩＳＴＲＢ以表明這個(gè)數據是Ｉ數據還是Ｑ數據。ＣＥ０與ＡＷＥ相或產(chǎn)生ＤＡＴＡＣＬＫ信號。中斷信號由２＊ＳＹＭＣＬＫ產(chǎn)生。
５ 典型程序代碼
５．１ 一個(gè)３２位寄存器初始化代碼
ａｍｏｖ ＃ＢＵＦＦ０,ｘａｒ０ ;ＢＵＦＦ０定義為片選２空間的地址０ｘ４０００００
ｍｏｖ ＃０ｘＤＤ, ＊ａｒ０
ａｍｏｖ ＃ＢＵＦＦ１, ｘａｒ０ ;ＢＵＦＦ１定義為片選２空間的地址０ｘ４００００１
ｍｏｖ ＃０ｘＣＣ, ＊ａｒ０
ａｍｏｖ ＃ＢＵＦＦ２, ｘａｒ０ ;ＢＵＦＦ２定義為片選２空間的地址０ｘ４００００２
ｍｏｖ ＃０ｘＢＢ, ＊ａｒ０
ａｍｏｖ ＃ＢＵＦＦ３, ｘａｒ０ ;ＢＵＦＦ３定義為片選２空間的地址０ｘ４００００３
ｍｏｖ ＃０ｘＡＡ, ＊ａｒ０
ａｍｏｖ ＃ＢＵＦＦ４,ｘａｒ０ ;ＢＵＦＦ４定義為片選２空間的地址０ｘ４００００４
ｍｏｖ ＃０ｘ０Ｃ, ＊ａｒ０
５．２ 簡(jiǎn)單的發(fā)送程序（以正弦波為例）
ｍｏｖ ＃６３， ａｃ０ ;設發(fā)射通常為６４,循環(huán)發(fā)送
ａｍｏｖ ｒｅａｌ_ｄａｔａ, ｘａｒ１ ;ｘａｒ１中存放實(shí)數
ａｍｏｖ ｉｍａｇ_ｄａｔａ, ｘａｒ２ ;ｘａｒ２中存放虛數
ｓｅｎｄ:
ａｍｏｖ ＃ＦＩＦＯ, ｘａｒ０ ;定義ＦＩＦＯ為片選０空間地址為０ｘ０２０００
ｂｓｅｔ ｘｆ
ｍｏｖ ＊ａｒ１＋, ＊ａｒ０
ｂｃｌｒ ｘｆ
ｍｏｖ ＊ａｒ２＋, ＊ａｒ０
ｓｕｂ ＃１, ａｃ０
ｂｃｃ ｑｑ, ａｃ０＝＝０
ｒｅｔｉ
ｑｑ: ｍｏｖ ＃６３, ａｃ０
ａｍｏｖ ｒｅａｌ_ｄａｔａ, ｘａｒ１
ａｍｏｖ ｉｍａｇ_ｄａｔａ, ｘａｒ２
ｒｅｔｉ
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