电子通讯

基于软件无线电的发信机原理及实现

2020-02-19 17:37

 

  电思想的中频数字化方案,该方案采用TI公司TMS320vC5509芯片及Inters订公司推出的HsP50415数字上变频器构成核心单元。实践结果表明该方案可以方便地实现各种QAM和QPM调制,并可对中频进行精确设置,较模拟化中频发射机有着通用性强、成本低廉、功耗低等优点。

  经过几十年的发展,无线通信取得了巨大的进步,但通信设备的互通性差,一直制约着通信的进一步发展。有鉴于此,自1992年Jeo Mitola首次明确提出软件无线电(soft radio)的概念以来,软件无线电作为未来通信发展的方向,引起全世界人们的极大关注,并取得了迅猛的发展。软件无线电的中心思想是:构造一个的标准化、模块化的通用硬件平台,将各种功能由软件来完成。这样势必要把数字化处理(A/D和D/A变换)尽量靠近天线,那么A/D转换器就必须有足够的工作带宽、较高的采样速率,但这将导致成本成倍增加,因此,研发中常常只对中频进行数字化。本设计所用的核心芯片TMS320VC5509以及HSP50415成本低廉,应用广泛,可实现各种正交AM、PM调制,且功耗低,是实现中频发射机商业化的一个很好的途径。

  本设计中的主要芯片为数字信号处理器DsP和数字上变频器HSP50415。DSP采用的是TMS320VC5509(简称:VC5509),它是TI公司最新推出的高性能、低功耗定点数字信号处理器,是目前功耗最低的新产品。在144MHz的时钟速率下,VC5509处理能力可达到400~800MIPS,指令周期可达6.94 ns,其中双乘累加器可以在l s内做400百万次相乘累加运算。

  VC5509芯片具有丰富的CPU内部总线位的程序数据总线位的数据总线(BB、CB、DB、EB和FB)和6条24位的程序及地址总线,分别与CPU相连。这种并行的多总线位数据的读和2个16位的写,这就使得其处理能力大大增强。

  芯片中的核心单元由40位的移位器、40位的算术逻辑单元(ALU)、2个乘累加器(MAC)和若干寄存器构成,支持32位或双16位的并行计算。算术逻辑单元完成加、减、布尔逻辑操作等运算,能对本单元寄存器的内容进行测试、修改和移动,能在执行双16位时同时完成两个算术操作。

  VC5509的地址总线位的,所以其寻址空问为16 MB。其片内存储器包括64 KB的ROM、192 KB的单存储RAM(SRAM)和64 KB的双存取RAM(DRAM),使得程序和数据能在片内高速传递,适时完成各种任务。DsP的存储空间分为两个的部分:统一的数据、程序空间(即在物理上相同)和I/O空间。只有在CPU读取指令时,程序空间才被访问,VC5509采用字节寻址来读取程序代码,即地址是按字节进行分配的,并且指令长度是可变的。在数据空间中,vc5509使用字寻址方式来读写8、16和32位数据,即地址按字进行分配。VC5509的I/O存储空间与数据/程序空间是分开的,它只用于对DSP片内的外设寄存器进行存取,采用的是16位寻址方式,其寻址范围是64位,当存取I/O空间时,要在16位地址前添加0以构成24位地址。

  片内集成了丰富的外设资源,包括1个时钟发生器,2个可编程的定时器,1个通用输入输出口(GPIO),3个高速全双工的多通道缓冲串口(McBSP),1个增强型主机接口和DMA控制器,以及1个外部存储器接口。VC5509的CPU除了有限的片内存储器外,其余存储空间都需要通过外部存储器接口(EMIF)进行访问。VC5509将它的外部存储空间分为4个较小空间,每个空间用1个.选信号来指定(称为片选空间)。

  为了实现低功耗,该芯片采用了两种省电方法:一种是关闭时钟方式;另一种是关闭电源方式。为了便于管理,VC5509还设有专门的省电寄存器。

  上述特性使VC5509非常适合在数据传输率高、运算量大、又要求功耗低的应用场合,如在第2.5代和第3代移动通信中的应用。

  HSFP50415是美国Intersil公司2000年推出的新一代数字上变频器(DUC),其功能是将数字基带信号进行调制变换成频带信号,同时完成上变频。通过对HSP50415不同的初始化,可以实现各种正交AM或PM调制,并可得到14位数字信号及12位的模拟信号。

  图1是HSP50415芯片的内部结构框图。由图1可知,HSP50415芯片是由微处理器接口、256深度的先进先出数据存储器(FIFO)、整形滤波器、内插滤波器、乘(矢量调制器)、载波数控振荡器、12位DAC等部分组成。

  HSP50415对输入的数字信号进行采样和内插,降低了DSP的处理负担,优化了系统的性能。HSP50415的工作特点如下:

  ③32位的码元速率和载波频率控制字可以十分精确地设定码元速率和载波频率。当}SP50415的主频输入为100 MHz时,载波设定可精确到O.050 3 Hz。

  ⑤HSP50415中有18个控制寄存器,可以灵活地配置载波频率、码元速率、FIFO的深度以及阈值、成形滤波器阶数及系数、增益控制、输出模式等参数,还可以灵活选择是否旁某些模块(如整形滤波器或FIFO等),这就为硬件调试提供了方便。

  ⑥I、Q两拥有高达256阶的FIR整形滤波器,可根据Intersil公司提供的软件自行设计滤波器。滤波器系数由微处理器接口写入芯片内部的4片64