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1、本科毕业设计（论文）题目基于软件无线电的无线多径性能分析系统学生姓名： 专 业： 电子信息工程 指导教师： 课题组 完成日期： 2012-5-31 诚 信 承 诺 书本人承诺：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名： 日 期： 本论文使用授权说明本人完全了解南通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此规
2、定）学生签名： 指导教师签名： 日期： 摘 要软件无线电（softwareradio）在一个开放的公共硬件平台上利用不同可编程的软件方法实现所需要的无线软件无线电电系统，简称SWR。理想的软件无线电应当是一种全部可软件编程的无线电，并以无线电平台具有最大的灵活性为特征。全部可编程包括可编程射频（RF）波段、信道接入方式和信道调制。本文介绍了软件无线电的意义与发展趋势，软件无线电在当代的作用已经越来越重要。软件无线电平台主要由DSP 模块，FPGA 模块，射频模块，AD/DA 模块组成。各模块在研究中有各自的功能。本实验设备是由实验平台、信号发生器和终端计算机组成，使用DSP实现无线多径信道下不
3、同调制方式的解调实验的仿真。本课题所研究的是在高级软件无线电平台上实现无线多径信道下不同调制方式下的发射信号在接收端的误码率的测量，从而对无线多径信道性能进行估测。关键词：软件无线电，信号发生器，FPGA，DSP32 ABSTRACTSoftware radio ( softwareradio ) in an open public hardware platform using different programmable software method to realize the required software radio system. Referred to as SWR. Th
4、e ideal software radio should be a full software programmable radio, and radio platform with maximum flexibility for feature. All programming includes programmable radio frequency ( RF ) band, channel access mode and channel modulation. This paper introduces the significance and development trend of
5、 software radio, software defined radio in contemporary plays a more and more important role. Software radio platform by DSP module, FPGA module, RF module, AD/DA module. Each module in the study of their function. The experimental device is composed of an experimental platform, a signal generator a
6、nd a terminal computer, use DSP to achieve the wireless multipath channel under different modulation demodulation simulation experiment. The subject of the study is the software radio platform to achieve the wireless multipath channel under different modulation transmitting signal at the receiving e
7、nd of the bit error rate measurement, thus the wireless multipath channel performance estimation.Key words: Software Radio, Signal Generator, FPGA,DSP目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第一章 绪 论11.1本课题研究的背景与意义11.2软件无线电技术的现状与发展趋势21.2.1软件无线电应用于军事21.2.2 软件无线电应用于民事31.2.3 软件无线电的发展趋势31.3 论文的总体结构4第二章 软件无线电的概述52.1软件无线电的概
8、念52.2 软件无线的功能结构52.2.1 射频低通采样数字化结构52.2.2 射频带通采样数字化结构62.2.3 宽带中频数字化采样结构7第三章 高级软件无线电实验平台103.1 系统特点103.2 系统结构113.3 硬件平台13第四章 基于软件无线电的无线多径性能的研究184.1 DSP和ARM通信184.2 信号调制204.3 标准信号解调244.4 系统的调试274.5 不同调制方式下调制信息的误码率29结束语33参考文献34致 谢35第一章 绪 论1.1本课题研究的背景与意义在当今的无线通信的领域内，多径指的是无线电信号从多个路径传播后到达接收天线的传播方式。大气层的电离层对电波的
9、折射现象和散射现象、同时对电磁波也有散射现象，同时山群、建筑群等地表物体也会反射电波会造成多条路径的传播。多径传播会使信号衰落和相位偏移。冲激响应的幅度服从瑞利分布的多径信道的统计学模型就是瑞利衰落。统计学模型可以由莱斯衰落描述的多径信道是存在直射信号的多径信道。 在传输视频信号中可以明显地看到多径效应对于通信质量的影响。通过短路径到达接收天线的信号分量比长路径到达天线的信号稍早。因为电视中的电子枪扫描是从左边到右边，早到的信号会在迟到的信号形成的电视画面上再增加一个稍微靠左的虚像。 对于相似的原由，独个目标将会因为地形反射在雷达接收机上产生单个或者多个假象。此些假象的运动的方式和它们反射的实
10、物类似，所以雷达对目标的识别受到了影响。为了解决这一问题，雷达的接收端需要将周围的地形图和信号相对比，将看上去在地面以下或者在一定高度以上的由反射产生的信号去除。 在当今无线数字通信系统中，信号传输的可靠性会受到多径效应产生的符号间干扰（ISI）的影响。时域均衡、正交频分复用（OFDM）和Rake接收机都能用来克服多径效应所造成的影响。飞速发展的软件无线电技术，提供了一个灵活的平台来分析系统的多径性能的好坏，将硬件用作于无线通信的基本平台就是软件无线电的基本概念，而最大限度的用软件实现无线通信和个人通信功能，软件无线电技术是近来出现的一种用于无线通信的新的体系的结构，他的特点是很强的灵活性和开
11、放性，由于现有无线通信体制没有软件无线电拥有的很多优势所以他有着广泛的应用，软件无线电技术在军用方面可以用于各式各样的军用电台的互相连通，软件无线电系统能够接进各式军用移动通信网。在民事应用中，多种频段模式的移动通信设备通用手机多种频段模式的移动通信设备通用基站无线局域网及通用网关等都是软件无线电的应用范围，软件无线电用软件来实现各种通信功能，因此无线通信新系统开发新产品将慢慢的转到软件实现上来，所以无线通信产品的价值也将逐渐更多地体现在软件的实现上，因此第三次革命是无线通信领域从固定到移动从模拟到数字，和计算机及程控交换相当的巨大产业必然将形成。 将宽带模数变换器及数模变换器最大可能地靠近射
12、频天线,成为一个具有“A/D-DSP-D/A”模型的通用、开放硬件平台,在这个硬件平台上尽可能使用软件技术来实现电台的不同功能模块就是软件无线电的基本思想。比如对信道进行分离时，使用宽带ADC通过可编程数字滤波器来实现；应用数字信号处理器技术,通过软件的编程来实现通信频段的选择,像SHF、UHF、VHF和HF等；通过软件编程来实现对传送信息进行抽样、量化、编码/解码、运算处理和变换的操作,用来实现射频电台的收发功能；通过软件编程实现来选择不同的信道调制方式,像调频、调幅、数据、单边带、跳频和扩频等。 本课题通过软件无线电分析多径信道对调制方式性能影响的原理，分析无线多径信道对调制的方式性能影响
13、的理论结果。1.2软件无线电技术的现状与发展趋势1.2.1软件无线电应用于军事软件无线电技术所拥有的新特点、新思想、新概念和其渐渐形成的新技术新理论在电子战中有了很广泛的前途。在当今时代，电子战系统常常都是在已知或者是在之前假设的几种信号的样式下工作的，该系统无能为力就在目标信号特点或通信方式发生改变，一定要开发出新的电子商务战系统来适应这种改变，带来的不仅是增加了装备费用，而常常会耽误战机的后果，而解决这一问题的最佳技术途径就是软件无线电， 有理由相信这种软件化电子设备将是未来综合电子战的发展方向。在现代战争中是很重要的雷达，因为用途不同，对雷达信号参数、载波、脉宽内调制有不同的要求就要求有
14、不同功能的雷达，显而易见，如果雷达的设计研制能应用软件无线电的设计思想，那么当前雷达设计所存在的问题就能比较圆满地处理，22年美国国防高级计划局提出了称之为“易通话”的speakeasy计划，开发一种能联合作战要求的三军统一的多模式、多频段电台就是MBMMR电是台该计划的目的，MBMMR电台不仅仅采用了标准总线、模块化设计和开放式结构。开放式结构对投资商来说是更大的市场，对用户来说则有更多的选择空间（技术、价格、性能、供货期、服务等）可以说开放式结构是一种结构。所以将来的军用通信市场肯定会带来巨大的局面。1.2.2 软件无线电应用于民事将成为软件无线电技术更重要的应用领域的民用方面的应用，它包
15、含：无线局域网及无线用户环的通用网关、多频多模式移动设备通用基站、多频多模式移动通信设备等。从多频多模式移动通用通信设备来说。作为无线个人通信的重要业务的移动通信设备具有很大的市场，而多种移动电话体制存在与现在世界上，甚至也可能有多个系统共存在一个国家或地区，这是非常不方便的，对于想用一部手机走遍全球的用户来说；另外，某些大城市的市中心地区，移动电话用户数量过多所以很难满足要求。而现在还将存在这些长期共存的不同的系统，并且未来的标准也极有可能相似于软件无线电的体系。所以用软件无线电实现多频多模式移动手机，以上问题不仅仅可以解决，而且从长远看也是很非常有意义的。但是功率、体积和成本问题将是真正地
16、实现多频多模式手机的困难。1.2.3 软件无线电的发展趋势1990年以来，飞速发展的各类无线通信系统。无线电通信制式的差别，随着数字信号处理技术发展，人们越来越重视软件无线电技术，预计软件无线电将成为将来全球通信网络的一项新的体制的理想结构，软件无线电台以数字形式进行从RF到基带的所有信号的处理任务，所以可以说是完全是编程控制的，而且它有着可重组和再生的结构。然而由于没有可应用于射频段的符合要求A/D变换器，全频段数字化的关键的软件无线电台的数字RF前端是正在开始研究的另一个课题。现在的中频、基带或终端等部分的信号处理的数字信号处理器件中已广泛应用软件无线电技术，使得无线电设备的技术性能提升到
17、了一个崭新的现代化高水平，只是它的RF前端仍是窄带的。对软件无线电台来说，整个通讯频带可以在它的RF前端的A/D变换器必须能得到处理，一般情况从2MHz至3GHz。另一方面，存在衰落和屏蔽是移动通信信号的典型特征，还极有可能出现强阻塞和干扰。 使得出现在接收RF端的移动通信信号的动态范围高达100dB以上如果从不同标准的移动通信信号考虑，对F带宽为10MHz的系统，其动态范围还将更大，它的采样频率大干25 MHZ，因此需要2500MIPS的运算处理能力。而这对RF前端所要处理的信号环境要求远远不可能得到满足。即使A/D变换器是有可能够满足带宽和动态范围要求的，它所使用的移动终端耐功率的要求仍然
18、会受到阻碍。 从上面论述可以知道，软件无线电有两层不同的意思：一是数字信号处理，二是射频(RF)前端，宽带A/D/A变换器和高速DSP芯片就是其核心部件。能根据无线波段、波道接入方式，通过定义设备工作参数，重组信道结构，在硬件平台完成各种信号处理任务就是软件无线电的最大优点。所以可以采用在硬件平台上设计每一个工作标准的专用数字前端，或者利用不同工作标准的共性，前一种设计不但可以获得最大的自由度。而且可以使用的门电路数量降至最少。后一种设计则必需开发实现数字前端功能的专用算法，但是可以使用ASIC来实现，使我们能够最大限度的使无线电台的概念得到利用。概括说来，尽管软件无线电台一开始是用作于军事短
19、波超视距通信，因此才开发的，但是由于它有可以提供模拟接收机所没有的高保真度的同时还能够提供极好的灵恬性等优点，而且对软件稍作修改便可满足与不同用户的需求、而且其成本费用十分低，再加上数字信号处理技术的飞速发展的优势，所以它已经越来越多地应用于民用的通信领域了。1.3 论文的总体结构 第一章为绪论，简要介绍了软件无线电的研究背景、意义和国内外的现状与发展趋势。第二章是对软件无线电的概念，特征，功能结构，关键技术。第三章介绍基于软件无线电平台的各部分参数和规格。第四章介绍了软件无线电的内部功能和本课题所研究的内容。第二章 软件无线电的概述2.1软件无线电的概念首次所谓软件无线电（Software
20、Defined Radio,简称SDR），就是采用数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来定义实现无线电台的各部分功能：包括前端接收、中频处理以及信号的基带处理等等。即整个无线电台从高频、中频、基带直到控制协议部分全部由软件编程来完成。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带的数字/模拟转换器，尽早地完成信号的数字化，从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。总之，软件无线电是一种基于数字信号处理(DSP)芯片，以软件为核心的崭新的无线通信体系结构。2.2 软件无线的功能结构 软件无线电的基本平台主要包括四个部分：多频段射频转换器、天线、DSP处理器和宽带A/D和D
21、/A 转换器几个部分。软件无线电系统结构如图2.1所示。 宽带多频RF部分A/DD/ADDCDUC高速DSP专用可编程处理器低速DSP语音计算机网络数字信号图2.1理想的软件无线电系统结构 它的一般的结构基本可以有射频低通采样数字化结构、宽带中频数字化采样结构和射频带通采样数字化结构。2.2.1 射频低通采样数字化结构射频低通采样数字化结构是一种理想的软件无线电结构，如图2.2 所示。收发开关滤波放大A/D数字信号处理器D/A功率放大图2.2射频低通采样数字化结构这种结构将数字化程度扩展到最大，从天线进来的信号经过滤波放大后就由A/D进行采样数字化，满足了软件无线电概念的需求，可是它需要A/D
22、转换器要有非常高的性能，也需要DSP有很高的处理速度，当前还不能很好的解决上面所提到的问题，所以，射频带通采样数字化结构作为一种折中的解决方案被提到了发展研究的日程上来。2.2.2 射频带通采样数字化结构射频带通采样数字化结构与低通采样数字化结构最大的区别就在于A/D 前采用了带宽相对较窄的电调滤波器，如图2.2所示。它根据所需要的处理带宽进行带通采样，很大程度的降低了对A/D 采样速率以及DSP 处理速度的要求。收发开关电调滤波放大A/DD/A内插和滤波功率放大数字信号处理器图2.3 射频带通采样数字化结构2.2.3 宽带中频数字化采样结构此软件无线电结构与目前中频数字化接收机的结构类似，如
23、图2.3所示。收发开 关低通放 大乘宽带滤 波中放A/D数字信号处理器AGCD/A乘本阵（大步进）宽带滤 波功率放 大图2.3软件无线电的中频数字化结构它的主要特点是中频带宽更宽(比如20 MHz)，所有调制解调等功能全部由软件加以实现。中频带宽比较宽是这种软件无线电与普通超外差中频数字化接收机的本质区别。显而易见，这种宽带中频带通采样软件无线电结构是上述3种结构中最容易实现的，对器件的性能要求最低。但它离理想软件无线电的要求最远，可扩展性、灵活性也是最差的。第三章 高级软件无线电实验平台软件无线电技术（Software Radio）技术是20 世纪末提出的一种设计思想，它的核心是在通用的通信
24、硬件平台上加载不同的通信软件，以实现不同的通信方式司的转换。这种全新的设计思想使通信中的无线电台可以适应各种不同的通信方式，软件无线电台良好的兼容性和可编程性使得通信系统的开发主要成为DSP(数字信号处理)软件的研究。这将极大地缩短通信系统开发的时间和成本，可以说未来采用软件无线电技术的软件无线电台在通信系统中的作用完全可以同通用PC(个人电脑)在计算机领域所起的作用相提并论。软件无线电突破了传统电台以硬件为核心的设计模式，将宽带A/D转换器尽可能靠近射频天线，尽可能早地将接收到的模拟信号转化为数字信号，在通用的硬件平台上最大程度地通过软件来实现不同的通信方式。软件无线电以现代通信理论为基础，
25、以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑，突破了传统的无线电台以功能单一、可扩展性差的硬件为核心的设计局限性，强调以可编程的硬件作为通用平台，尽可能地用可升级、可重配置的软件来实现各种无线电功能的设计新思路。软件无线电技术的出现是电子设计领域中的一次巨大飞跃，将会给电子技术带来深刻变革。它采用了通用的DSP硬件平台，具有完全的可编程性，这与全数字接收机专用的硬件芯片结构完全不同，是电子技术领域继模拟与数字技术之后第3次重大的飞跃，必将在未来对电子技术的发展及设计思想的变革产生深远的影响，并且在军用和民用两个方面都将有着广泛的应用3.1 系统特点高级软件无线电实验平台的最大特点是实现了全数字系统
26、。系统的架构合理，结构简洁，整体上采用ARM+DSP+FPGA+RF 的构架，可以实现任何典型的无线通信方式。实验平台运行WinCE系统， 实验平台有非常丰富的实验功能，演示大多数数字调制和解调，研究不同解调的性能，实验平台配有综合的演示实例，完成真实的无线通信，通信标准采用IEEE 802.15.4c和CWPAN兼容方式。系统配有功能强大的标准通信信号发生器，用来产生各种调制信号，模拟各种无线信道对信号的影响，使学生可以直观的体验到无线信道对不同调制的影响。实验平台硬件是开放的，可以进行二次开发和创新开发。可以对平台中的ARM、DSP、FPGA进行编程形成新的应用和研究系统。3.2 系统结构
27、图3.1 软件无线电平台系统结构图3.2 软件无线电平台本课题主要用到的两个模块式DSP模块和FPGA模块，它们各自的功能如下：DSP模块：DSP（digital singnal processor）是一种独特的微处理器，有自己的完整指令系统，是以数字信号来处理大量信息的器件。一个数字信号处理器在一块大的芯片内包括有控制单元、运算单元、各种寄存器以及一定数量的存储单元等等，在其外围还可以连接若干存储器，并可以与一定数量的外部设备互相通信，有软、硬件的全面功能，本身就是一个微型计算机。DSP 采用的是哈佛设计，即数据总线和地址总线分开，使程序和数据分别存储在两个分开的空间，允许取指令和执行指令完
28、全重叠。也就是说在执行上一条指令的同时就可取出下一条指令，并进行译码，这大大的提高了微处理器的速度。另外还允许在程序空间和数据空间之间进行传输，因为增加了器件的灵活性。其工作原理是接收模信号，转换为0 或1 的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。由于它运算能力很强，速度很快，体积很小，而且采用软件编程具有高度的灵活性，因此为从事各种复杂的应用提
29、供了一条有效途径。根据数字信号处理的要求，DSP 芯片一般具有如下主要特点：（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；（5）快速的中断处理和硬件I/O 支持；（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；（7）可以并行执行多个操作；（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。
30、FPGA模块：SDR基带处理常常同时需要处理器和FPGA。在这类应用中，处理器负责系统控制及配置功能，而FPGA实现计算密集型的信号处理数据路径和控制功能，以实现最小的系统延时。当必须从一种标准切换到另一种标准时，处理器能够在主要的软件部件之间动态切换，而FPGA可以根据需要完全重新配置，以实现特定标准的数据路径。FPGA能够被用作与DSP和通用处理器接口的协处理器，从而提供更高的系统性能和更低的系统成本。拥有自由选择在哪里实现基带处理算法的权利为实现SDR算法增加了灵活性。FPGA提供了一个高度灵活的集成平台，基于此平台能够以合理的功耗实现计算密集型数字中频功能，而功耗是便携系统的一个关键要
31、素。能够在FPGA上实现的中频功能包括数字上变频器(DUC)和下变频器(DDC),以及有助于降低功率放大器(PA)成本和功耗的数字预失真(DPD)与波峰因数降低(CFR)功能。3.3 硬件平台射频模块：OV-SDR0701-BP射频子系统采用流行的直接变频技术，形成零中、低中频通信系统。零中频和低中频通信系统是现在主流的数字通信和移动通信的射频架构。具备可以调节的发射功率，可以调节的接受增益，方便形成AGC环路。表3.1发射功率10dbm工作方式半双工接收灵敏度-70dbm控制接口通过数字接口实现 频段，增益等参数的配置变频方式直接上下变频方式模拟带宽50MHZ滤波器模块：不同的通信系统需要使
32、用不同的滤波器模块，系统提供不同的滤波器模块支持。表3.2Filter MouduleLPF截至频率1M 6阶巴特沃斯标配AD/DA模块：高速双路AD/DA 系统，完成模拟域和数字域的信号转换。表3.3DA module输出2路电压输出，同步输出电压单端输出，Vpp=2V采样率20M精度10bit接口并行电源管理可关断AD module输入2路单端输入输入电压单端输入，Vpp=2V采样率20M20M为标配采样精度10bit接口并行电源管理可关断FPGA 模块：系统支持不同型号和容量的FPGA，适合多种不同应用。表3.4FPGAXilinxSpartan：XC2S400(40万门)标配DSP 模
33、块:该系统支持不同的DSP表3.5DSPTITMS320C6713(浮点、200M)标配ARM 模块:作为高级的通信系统，高性能多功能的主控处理器是不可缺少的。表3.6ARMCPUS3C2410 ARM9 32bit 200M标配SDRAM64M 32bit PC-100FLASH64M 32bit FlashLCD 4.3 真彩TFTEthernet10/100MUSB1.1 host/deviceAudio44.1K II 立体声CD音质，MIC输入数字通信信号产生器及软件：（可选配）OV-SDR0701-BP配备功能强大的通信信号产生器。信号产生起可以产生数字通信中信道和射频对系统的影响
34、，可以产生不同的受影响的基带信号。OV-SDR0701-BP共同使用，将产生的信号发送给接收机，用来验证接收机的性能。表3.7功能调制类型连续相位的FSKBPSK、DBPSKQPSK、OQPSK、DQPSK、/4DQPSKMSK、GMSK信道类型加性白高斯噪声信道（AWGN）多径信道（multipath fading）临信道干扰模型（ACI）单频干扰（STI）RF影响模型载波频率偏移（carrier frequency offset）相位噪声（phase noise）IQ幅度不平衡（I/Qgain imblance）IQ相位不平衡（I/Q phase imblance）放大器非线性（ampli
35、fier nonlinearity）无线基带信号发生器软件：图 3.3无线基带信号发生器软件界面系统使用：高级软件无线电实验平台由信号发生器和实验平台组成，部分实验由信号发生器和实验平台共同完成实验内容。实验平台产生的波形可以用示波器观察。第四章 基于软件无线电的无线多径性能的研究4.1 DSP和ARM通信RM与DSP通过HPI接口协同工作，实现通信。ARM主要提供用户交互的界面，用户可以在程序界面中输入传输的数据，ARM将用户输入的数据通过HPI口发送给DSP，并且通知DSP开始工作。DSP在接收到ARM发送的开始工作命令后，从固定的地址获取ARM传送的数据长度以及数据存放地址，然后到相应地
36、址读取数据，将读取到的数据进行搬移，搬移完毕后发送HINT中断给ARM通知DSP端数据操作已经完成。ARM接收到DSP发送的HINT中断后从DSP相应位置读取DSP搬移后的数据，重新在应用程序界面中显示。工作原理简易框图如图4.1所示：用户输入数 据显示处理后数据BLOCK1BLOCK2数据数据置FLAG=1启动DSP发送HINT中断ARM搬移DSP图4.1 DSP和ARM通信HPI口是并行接口， HOST可以通过HPI口直接访问DSP的存储空间。HOST作为HPI接口的主控，访问非常便捷。HOST与DSP可以通过内部或者外部存储器交换信息。并且HOST端可以直接访问内存映射的外设。HPI与D
37、SP的CPU连接是通过DMA或者EDMA实现的。HOST以及DSP都可以访问HPI控制寄存器HPIC。通过外部数据以及接口控制信号HOST端可以访问HPI地址寄存器HPIA，HPI数据寄存器HPID。C64XX系列DSP端CPU也可以访问HPIA。TMS320C6713的HPI硬件接口如图4.2 所示：EDMAAddressgenerationhardwareHPIAHPIDHPICIntelnalConfigurationbusC621x/C671x DSPHCNTL1-0HHWILHD15-0图4.2 TMS320C6713的HPI硬件接口其时序图如图：图4.3 TMS320C6713的H
38、PI时序图DSP与ARM通信完成如下内容：1. 在数据输入界面中输入数据按ENTER后，ARM将用户输入的数据长度一通过HPI口写在DSP的SDRAM的0X20008地址中；把用户输入数据所存储的地址放在0x10000的地址单元中；把数据写在0X20004（存储在0X1000）开始的位置。置位FLAG=1通知DSP用户已经输入数据。2. DSP在检测到0x20000存储的数据为1后，首先从0X20008获取用户输入的数据长度；然后从0X1000获得用户输入的数据存储在何位置。在得到位置与长度信息后，DSP程序将数据拷贝到0x80000000为开始的位置。完成数据搬移后，DSP发送HINT中断，
39、通知ARM，数据处理已经完成。如上功能的DSP示例程序如下：while(1)flag=*(int *)(0x20000);if(flag=1)temp=(*(int *)0x20004);pData=(int *)temp;iCountData=*(int *)0x20008);pMovedData=(int*)0x80000000;(*pMovedData+)=iCountData;for (i=1;i=iCountData;i+)(*pMovedData+)=(*pData+);HPI_setHint(1); for (i=1;i=1000;i+)for (j=1;j=1000;j+) ;
40、 4.2 信号调制以DSP与ARM通信实验为基础，实现了基带信号的调制。在ARM端应用程序界面输入要调制的数据；ARM将输入的数据通过HPI口传递给DSP；在DSP中对数据进行调制，然后传递给FPGA；FPGA控制DA，将经过调制后的数据通过DA发送出去。二进制相移键控（BPSK）在二进制相移键控中，幅度恒定的载波信号随两个代表二进制1或0的信号和的改变而在两个不同的相位间跳变。通常这两个相位差180。如果正弦载波的幅度为，每比特能量，则传输的BPSK信号为： （二进制的1） （4.1）或者 (4.2)（二进制的0）。出于方便，经常将和一般化为二进制数据信号，它呈现两种可能的脉冲波形中的一种。
41、这样传输信号可以表示为： (4.3)BPSK信号等效于抑制载波双边带调幅波形，其中相当于载波，数据信号相当于调制波形。四相相移键控（QPSK）四相相移键控s在一个调制符号中传输两个比特，因此其带宽效率比BPSK的带宽效率高两倍。载波的相位为四个间隔相等的值，比如0、和，每一个相位只对应于唯一的一对消息比特。这个符号状态集的QPSK信号可定义为：， ， (4.4)其中，为符号持续时间，等于两个比特周期。频移键控（FSK）。在频移键控调制系统中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着可能的信息状态而切换，以2FSK为例，信息状态由二进制1和0表示，分别对应某个载波频率。根据频率变化影响发射波形的方式，F
42、SK信号在相邻的比特之间，通常呈现连续的相位。通常，2FSK信号的表达式为： （二进制的1）， (4.5)或者 （二进制的0）。 (4.6)其中，代表信号载波的恒定偏移。一种简单的产生FSK信号的方法是，依照数据比特是0还是1，在两个独立的振荡器中切换。更常用的产生FSK信号的方法是，使用信号波形对单一载波振荡器进行频率调制。这种调制方法类似于生成模拟FM信号，只是调制信号为二进制波形。因此，2FSK可表示为：。 (4.7)最小频移键控(MSK)MSK调制信号可以表达式为：(4.8)其中 (4.9)其中，和b分别是双极性数据流的奇比特和偶比特，以的速率输入解调器的同步积分环路。应当注意MSK信
43、号有很多种形式。例如，一种MSK信号仅使用正的半正弦脉冲作为基本脉冲，另一种可能会使用正负交替变化的半正弦脉冲为基本脉冲信号。然而，所有的MSK信号都是相位连续的FSK信号，使用不同的技术以有效地利用频谱。MSK调制FPGA程序：i_sk_sending:process(rst,clk)begin if rst = 1 then sk_st_i = sk_idle; sk_di 0); sk_dq 0); chip_I = 0; i_sample_cnt 0); sk_tp_I = 0000000000; sk_tp_Q = 0000000000; elsif clkevent and clk
44、 = 1 thenif reload_en = 1 then sk_st_i if msk_en = 1 then sk_di = sk_din(127 downto 64); sk_st_i = sk_transmit;sk_dq = sk_din(63 downto 0); end if; i_sample_cnt 0); when sk_transmit = if sample_en = 1 then i_sample_cnt = i_sample_cnt +1;if i_sample_cnt = 111 then chip_I = sk_di(63); sk_di = sk_di(62 downto 0) & sk_di(63); chip