基于FPGA+DSP的跳頻電臺傳輸系統

跳頻發(fā)射機系統包括基帶處理部分和中頻處理部分，基帶處理部分由FPGA和DSP完成，主要處理包括:產(chǎn)生發(fā)送消息，進(jìn)行信道編碼、交織，按幀格式進(jìn)行打包，寫(xiě)入FPGA內部消息存儲器，生成跳頻圖案、跳頻數、跳時(shí)等參數，寫(xiě)入FPGA內部頻率表存儲器、跳頻數寄存器和跳時(shí)寄存器。中頻處理部分由FPGA和AD/DA完成，主要處理包括：存儲器控制、基帶調制、脈沖成形、數字上變頻，發(fā)送數據控制和跳頻控制。為了提高數據的傳輸速率，處理器之間使用DSP芯片的RapidIO端口進(jìn)行數據交換，基帶板和中頻板通過(guò)高速SERDES方式轉換數據進(jìn)行傳輸。

接收機與發(fā)射機完全是對偶關(guān)系，主要完成的數據處理工作包括：正交數字下變頻、解調、解擴、跳頻同步等。使用FPGA+DSP的形式完成基帶處理部分和控制部分，主要數據處理任務(wù)包括對接收到數據的信道解碼和解交織，并完成與FPGA接口的數據轉換工作?；鶐Р糠诌€需要完成寫(xiě)入跳頻頻率表、跳頻圖案、擴頻碼表，讀出解擴后的數據等，FPGA內部存儲器用于與DSP進(jìn)行數據交換。

2.1 硬件設計

跳頻電臺傳輸系統的硬件實(shí)現如圖3～4所示,主要包括兩大部分：發(fā)送板和接收板。芯片主要包括：VIRTEX5 XC5VSX50T668、TMS320C6487TCI，D/A芯片AD9788、A/D芯片ADS62C17、McBSP接口控制器、存儲器模塊。在該系統設計方案中假設信源產(chǎn)生的數據率為9.6 kbps。

發(fā)送狀態(tài)下系統的工作原理：終端通過(guò)與跳頻通信機之間的串口，對跳頻通信機的工作模式等參數進(jìn)行設置，之后就可以進(jìn)行信息的發(fā)送，信源以9.6 kbps的速率將信息通過(guò)RS232異步串口連續把數據送給基帶速率匹配單元，該單元將數據每32字節分為一組,以3.686 4 Mbps的傳輸速率通過(guò)SPI同步串口送給RS編碼單元進(jìn)行RS編碼，編碼采用RS(255，239)的縮短碼形式RS(48，32)實(shí)現差錯控制，累計接收三組RS編碼數據后送往交織單元，交織后的數據包為144字節，然后將144字節編碼數據進(jìn)行并/串變換為1 152位/包，并以3.125 Mbps的傳輸速率，然后在1 152位/包的數據前加8字節數據幀同步頭，隨后將完整的一幀152字節(共1 216位)以1.98 Mbps的傳輸速率，通過(guò)DSP的RapidIO端口傳送給FPGA處理器，FPGA處理器通過(guò)同步串口接收中斷與緩沖器接收到數據，FPGA中頻速率匹配單元將接收的數據按照中頻調制器要求的串行時(shí)鐘主外部幀模式，以32 kbps的幀速率將調制數據送給調制器，進(jìn)行中頻跳頻調制。

接收狀態(tài)下系統的工作原理：接收信號經(jīng)過(guò)中頻板FPGA中的解擴器和解調器完成數字解調，將基帶32 kb數據以連續的同步串行數據的格式送給DSP。DSP對數據進(jìn)行同步幀檢測并解幀，并以3.125 Mbps的傳輸速率并行將144字節/包的數據送往解交織器進(jìn)行解交織，處理后的數據每48字節為一組，以3.125 Mbps的傳輸速率通過(guò)同步并口送給RS譯碼模塊,依次進(jìn)行RS譯碼。RS譯碼得到的32字節/包信息，通過(guò)緩沖器以SPI數據模式送給基帶速率匹配單元,傳輸速率為1.562 5 Mbps?；鶐俾势ヅ鋯卧獙⑷サ羧哂啻a的數據,再以9.6 kbps的速率送往信宿，至此接收處理過(guò)程完成。

2.2 軟件設計

為了實(shí)現高速跳頻通信系統，需要考慮的問(wèn)題是跳頻碼的接收同步和跳頻幀結構[8]的實(shí)現。跳頻同步算法[7]的性能主要考慮達到同步所需要的時(shí)間和精度，幀結構[9]主要考慮到跳頻數據的平衡和發(fā)送速率。其中，跳頻圖案的同步是關(guān)鍵，能否快速、準確地實(shí)現跳頻圖案的同步，直接關(guān)系到能否實(shí)現數據的正確接收與判決。載波同步由頻率合成器的性能來(lái)保證，位同步和幀同步與一般的數字通信系統相同。

2.2.1 跳頻控制模塊的功能

電臺開(kāi)機或由其他工作狀態(tài)進(jìn)入跳頻工作方式后，首先進(jìn)行初始化，然后轉入搜索狀態(tài)，一方面檢測PTT線(xiàn)是否指示發(fā)狀態(tài)，一方面搜索同步信息。一旦檢測到PTT線(xiàn)是指示發(fā)初始同步信息，隨即轉入正常跳頻狀態(tài)；若接收到同步信息，則也轉入正常跳頻狀態(tài)。在正常跳頻狀態(tài)，一方面用戶(hù)可以進(jìn)行話(huà)音或數據通信；另一方面，若電臺處于發(fā)送狀態(tài)，并檢測到PTT己經(jīng)松開(kāi)，則發(fā)完結束信息后轉入搜索狀態(tài);若電臺處于接收狀態(tài)，并檢測到有效的結束信息，則也轉入搜索狀態(tài)。從以上分析可以看出，電臺主要有三種工作狀態(tài)，即發(fā)送狀