多路測量信號擴頻傳輸的DSP系統

1. 引言

在測控領(lǐng)域，通常要求對多路檢測信號進(jìn)行傳輸。信號的傳輸過(guò)程中常受到周?chē)鷱碗s環(huán)境的干擾會(huì )產(chǎn)生較大的失真。如采用擴頻通信傳輸系統，在發(fā)射機中用偽隨機序列對所傳輸信號的頻譜進(jìn)行擴展并利用碼分復用實(shí)現多路信號的復用；在接收機中再對其解擴，恢復原傳輸信號。利用擴頻通信的擴頻增益，可大大提高通信系統的信噪比，增加傳輸信號的可靠性改善通信質(zhì)量、提高通信效率。 同時(shí) DSP具有可滿(mǎn)足算法控制復雜結構、運算速度高、尋址方式靈活和通信性能強大等需求，可以通過(guò)軟件修改傳輸信號參數，因此具有很大的靈活性。本文利用 DSP系統實(shí)現多路測量信號擴頻傳輸，結合了擴頻通信和 DSP的優(yōu)點(diǎn) ，是一種有發(fā)展前途的檢測信號傳輸實(shí)現方式。

2. 多路檢測信號的擴頻傳輸系統系統的組成按照功能劃分為發(fā)射模塊和接收模塊。在發(fā)射模塊中，多路基帶數字信號（模擬信號則先通過(guò)模數轉換）分別由各自對應的偽隨機序列進(jìn)行擴頻調制，這些偽隨機序列各不相同但相互正交（或準正交），用這些序列進(jìn)行擴頻調制同時(shí)利用碼分復用技術(shù)把多路信號復合成一路信號送主調制器進(jìn)行載波調制后，再發(fā)射出去。在接收模塊中，先對接收到的信號進(jìn)行載波解調，然后再用本地的與每一路已同步好的偽隨機序列進(jìn)行相關(guān)解擴，因為各路信號對應的偽隨機序列互不相關(guān)，因而可恢復出每一路原始的基帶信號，這里的信號是指數字信號，若需要模擬信號，則可把數字信號轉換成模擬信號。本系統對接收模塊的偽隨機序列的同步采用常用的滑動(dòng)相關(guān)捕獲來(lái)實(shí)現[5]。多路測量信號擴頻傳輸系統的組成原理圖如圖 1所示。擴頻傳輸系統中，擴頻信號帶寬 B 2與信息帶寬 B 1之比稱(chēng)為處理增益GP，即

在擴頻通信中，接收機作擴頻解調后，只提取擴頻序列相關(guān)處理后的帶寬 B 1的信號成分，而排除掉擴展到寬頻帶 B 2中的外部干擾、噪聲和其它用戶(hù)通信的影響，所以擴頻處理增益 GP能夠準確反映擴頻通信的抗干擾的能力。

擴頻序列的碼長(cháng)N越大，碼元寬度 TC越小，則碼速 Rc越大，擴頻通信系統的擴頻增益也越大。

擴頻處理增益越高，系統的抗干擾能力越強。以周期為 127的 Gold序列為擴頻序列的一路信號的傳輸過(guò)程為例，數據的發(fā)送頻率為 19200，擴頻序列的頻率為 19200×127，誤碼率是未擴頻傳輸的 0.04417，數據接收時(shí)的誤碼率降低近兩個(gè)數量級。

本系統采用的 Gold擴頻序列的周期為127，其碼分多址的可以實(shí)現 12路的檢測信號的同時(shí)同頻的擴頻傳輸。多路檢測信號的擴頻傳輸可以保證在接收端的低誤碼率要求下實(shí)現可靠傳輸。

3. 多路檢測信號擴頻傳輸

DSP實(shí)現的系統結構多路測量信號擴頻傳輸系統主要實(shí)現多路測量信號（包括模擬信號和數字信號，模擬信號可先經(jīng) A/D轉換成數字信號，數字信號存儲在系統的存儲器中，然后再進(jìn)行擴頻傳輸）的擴頻調制、同步、擴頻解調等功能，同時(shí)便于以后對其擴展以完成其他功能。由于這是一個(gè) DSP硬件平臺的設計，所以保證了以后功能擴展的實(shí)現中盡量不改變硬件的設計或者對硬件設計改變很小，且只需要添加部分軟件或者對軟件進(jìn)行修改就可以達到其功能擴展升級，所以盡量減少專(zhuān)用芯片的使用而采用具有擴展性的芯片。整個(gè)系統的總體設計框圖如圖2所示。

在總體設計中，采用定點(diǎn) DSP實(shí)現多路測量信號的擴頻調制、解擴，用 FPGA來(lái)實(shí)現擴頻信號的同步[7]。整個(gè)系統平臺包括數字信號處理器 (DSP)內核、 FPGA、存儲器、 A/D轉換、

JTAG接口等。根據現有的實(shí)際情況，數字信號處理器 (DSP)采用 TI（德州儀器）公司的 TMS320C5416[6]，FPGA芯片選用 ALTERA公司的 EP1K100QC208-3，FLSAH存儲器使用 AMD公司的 AM29LV200，A/D轉換使用 TI公司的開(kāi)關(guān)電容結構的逐次比較型 8位 A/D轉換器 TLC540。JTAG為仿真接口連接。

4. DSP系統軟件設計 作為整個(gè)系統的控制和處理核心，DSP要完成大量的工作，總結起來(lái)主要有下面幾項：

1．對其自身的初始化；

2．載入擴頻碼序列并存放于片內 RAM里，以及接收時(shí)根據 FPGA的同步信號完成擴頻序列的同步；

3．接收 A/D轉換送來(lái)的數據，并存放在預先開(kāi)辟的數據區間；

4．對接收到的多路數據分別進(jìn)行擴頻調制，并將調制后的數據也存放在開(kāi)辟好的數據存儲區間；

一 對經(jīng)過(guò)擴頻調制后的多路數據合成一路數據并進(jìn)行數字調制；

一 對接收到的擴頻信號進(jìn)行擴頻解調，恢復出原始的多路信號并送入數據存儲區間。

本系統所有的 DSP軟件設計都是在 CCS2.0集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 [8]下進(jìn)行的，采用基于 TI公司 C5000系列 DSP的匯編語(yǔ)言和 C語(yǔ)言混合編寫(xiě)的。其發(fā)射模塊和接收模塊的軟件流程分別如圖 3(a)和(b)所示：

本系統采用對每路測量信號分別做擴頻調制的同時(shí)利用擴頻碼碼分復用后再進(jìn)行傳輸的方法，不需經(jīng)過(guò)頻分復用或時(shí)分復用后再做擴頻調制進(jìn)行傳輸[9]，這使得系統更簡(jiǎn)化，在提高信號傳輸可靠性的同時(shí)也可提高系統的頻帶利用率。電路設計中主要涉及到了擴頻信號的基帶處理。如果要實(shí)現信號的無(wú)線(xiàn)擴頻傳輸。則可以在設計的基礎上，加入射頻調制模塊，基帶信號經(jīng)過(guò)調制后轉換為射頻信號發(fā)射出去，接收到的射頻信號經(jīng)射頻解調后，再進(jìn)行解擴處理即可。

5.結束語(yǔ)

在多路測量信號的擴頻傳輸系統中，利用不同偽隨機碼調制不同信號，實(shí)現信號的復用和擴頻傳輸。在接收端實(shí)現系統同步后，先解調再利用相干檢測法解擴，恢復出原信號實(shí)現多路信號。該擴頻通信系統可實(shí)現多路信號的有效傳輸，具有抗干擾能力強、易保密等優(yōu)點(diǎn)。本系統利用 DSP系統實(shí)現多路測量信號擴頻傳輸，充分利用了 DSP器件的優(yōu)點(diǎn)和擴頻通信系統的特性，是一種有發(fā)展前途的檢測信號傳輸實(shí)現方式。

本文創(chuàng )新點(diǎn)：本文在對多路測量信號的傳輸系統研究的基礎上，提出了對所傳輸信號的頻譜進(jìn)行擴展的同時(shí)利用碼分復用實(shí)現多路信號復用傳輸的方法。并利用 DSP實(shí)現了多路測量信號擴頻傳輸系統，實(shí)驗結果說(shuō)明該系統是可行的。