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TMS320C54x在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要：采用TMS320C54x芯片實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的核心進(jìn)程——擴(kuò)頻編碼與調(diào)制。該方案具有參數(shù)修改方便、簡單易行，可根據(jù)實(shí)際信道要求迅速調(diào)整擴(kuò)頻增益和調(diào)制頻率的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：DSP 擴(kuò)頻通信 卷積碼 m序列
引言
TMS320C54x(簡稱'C54x)是TI公司于1996年推出的一種定點(diǎn)數(shù)字信號處理器。它采用先進(jìn)的改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)有8條總線、CPU、在片存儲器和在片外圍電路等硬件。它具高度專業(yè)化的指令系統(tǒng)，能夠迅速地完成累加、乘積等運(yùn)算功能。它具有功耗小、高度并行等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于通信等眾多領(lǐng)域。
本方案與常規(guī)的擴(kuò)頻實(shí)現(xiàn)方式相比，常規(guī)的擴(kuò)頻實(shí)現(xiàn)方式是用硬件來構(gòu)造擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)不靈活，調(diào)試不方便等不足之處。本方案充分發(fā)揮'C54x的強(qiáng)大功能，把直接序列（direct sequence）擴(kuò)頻通信中的m序列擴(kuò)頻和卷積編碼等核心進(jìn)程用軟件予以實(shí)現(xiàn)；把擴(kuò)頻通信的核心算法用一片TMS320C54x芯片集成。它能夠根據(jù)實(shí)際運(yùn)用場合和傳輸信道的特征靈活更改參數(shù)，能最大限度地利用和發(fā)揮DSP芯片的優(yōu)勢，滿足了高速數(shù)字通信系統(tǒng)中實(shí)時處理的要求，不但大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計，而且縮短了設(shè)計周期。
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一、擴(kuò)頻通信
擴(kuò)展頻譜通信（spread spectrum communication），簡稱“擴(kuò)頻通信"，是一種信息傳輸方式。其特點(diǎn)為：傳輸信號帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)送出去的數(shù)字信息帶寬。利用擴(kuò)頻技術(shù)，系統(tǒng)頻率利用率比頻分系統(tǒng)要高。
擴(kuò)頻技術(shù)是以仙農(nóng)（shannon）公式作為理論基礎(chǔ)而發(fā)展的。
仙農(nóng)公式：C=W log2(1+P/N)
根據(jù)該公式可導(dǎo)出：在保持信息傳輸速度C不變的情況下，可以用不同頻帶寬度W和信噪功率比P/N來傳輸信息；如果增加頻帶寬度W，就可以在較低的信噪比P/N的情況下來傳輸信息，甚至在信號被噪聲湮沒的情況下，只要相應(yīng)地增加信號帶寬，也能保證可靠地通信。
按照擴(kuò)展頻譜的方式不同，現(xiàn)有的擴(kuò)頻通信基本方式分為：直序列（direct sequence）擴(kuò)頻、跳頻（frequency hopping）、跳時（time hopping）、線性調(diào)頻（chirp）以及上述幾種方式的組合。
擴(kuò)頻通信的一般原理如圖1所示。
在發(fā)端輸入的信息先經(jīng)信息調(diào)制形成數(shù)字信號，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號以展寬信號的頻譜。展寬后的信號調(diào)制到射頻發(fā)射出去。接收端則采用與發(fā)射端同步的代碼進(jìn)行相關(guān)檢波，把被展寬有用頻譜收集起來，所形成的信息碼送給后端進(jìn)行解碼。
二、擴(kuò)頻信號的產(chǎn)生
結(jié)合考慮系統(tǒng)帶寬、通信速率和研究的通用性以及實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性等因素，本方案確定采用直接序列擴(kuò)頻方法。該方法的原理框圖如圖2所示。
數(shù)據(jù)經(jīng)過卷積碼編碼后，與偽隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行模2加，產(chǎn)生的碼序列通過調(diào)制器轉(zhuǎn)換產(chǎn)生比數(shù)字信息的頻譜寬得多的調(diào)制信號。系統(tǒng)中最重要的兩個流程是編碼器和偽隨機(jī)序列發(fā)生器。本文采用TMS320C54x來實(shí)現(xiàn)這兩個核心流程。
1.編碼器
卷積碼被廣泛用于無線通信中的差錯控制編碼中，它的解碼端可采用成熟的Viterbi解碼算法。'54x芯片能夠快速地執(zhí)行算法所需的加一比一選操作（ACS指令）。實(shí)踐證明采用卷積編碼是一個良好的方法。
本方案中采用（2，1，5）的編碼方案，相應(yīng)的編碼多項式為：
G1（D）=1+D3+D4 G2（D）=1+D+D3+D4
用TMS320C54x實(shí)現(xiàn)的程序片段如下：
start:STM #a0,AR1
RPT #4
MVPD table,*AR1+
STM #yn1_coef,AR1
RPT #4
>
MVPD table+5,*AR1+
STM #yn2_coef,AR1
RPT #4
MVPD table+10,*AR1
STM #a0,AR3
STM #yn1_coef,AR4
STM #yn2_coef,AR5
STM #5,BK
STM #1,AR0
LD #x,DP
PORTR PA1,*AR3 ；讀入數(shù)字信息
CON：PRTZ A，#4
MAC *AR3+0%，*AR4+0%，A；
AND #1h，A
STH A，@yn1
PORTW @yn1,PA0 ;輸出編碼信息
RPTZ A，#4
MAC *AR3+0%，*AR5+0%，A
AND #1h，A
STH A，@yn2
PORTW @yn2,PA0 ；輸出編碼信息
BD CON
PORTR PA1，*AR3+0%
2.偽隨機(jī)噪聲序列產(chǎn)生器
最長線性反饋移位寄存器序列簡稱m序列，是一種最常用的偽隨機(jī)序列。其序列長度為L=2n-1位，具有良好自相關(guān)性。一般由帶有線性反饋的m階線性移位寄存器產(chǎn)生。本研究利用DSP芯片特有的移位指令，代替原有的復(fù)雜電路，具有方便、簡潔的優(yōu)點(diǎn)。
這里實(shí)現(xiàn)的m序列發(fā)生器的本原多項式為x14+x10+x6+x+1，序列周期可達(dá)到32767位。
用TMS320C54x實(shí)現(xiàn)的程序片段如下：
strat:SSBX FRCT
STM #xn,AR1
ST #1,*AR1
RPT #12
ST #0,*AR1+
STM #a0,AR2
RPT #13
MVPD table,*AR2+
STM #14,BK
STM #xn,AR3
STM #a0,AR4
STM #1,AR0
LOOP:PORTW *AR3,PA0 ;輸出PN碼值
PRTZ A，#13
MAC *AR3+0%,*AR4+0%,A
AND #1,A
STL A,*AR3+0%
B LOOP
總結(jié)
該項目的優(yōu)點(diǎn)在于它充分利用了TMS320C54x芯片優(yōu)越的并行處理功能，在一片芯片上實(shí)現(xiàn)了卷積編碼、頻譜展寬以及多進(jìn)制調(diào)制的整個過程。由于它采用軟件實(shí)現(xiàn)，可以利用現(xiàn)有的成熟算法，如解碼端采用維特比算法 ，因而最大限度地發(fā)揮了軟件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢。該方法被應(yīng)用于水聲信道的數(shù)據(jù)傳輸上。仿真實(shí)驗(yàn)證明是行之有效的。它可根據(jù)信道特征靈活修改參數(shù)、改變擴(kuò)頻增益、滿足實(shí)際需求，縮短了整個開發(fā)周期。
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