摘? 要: 一種基于高速數字信號處理器(DSP)的擴頻" title="擴頻">擴頻電臺基帶處理模塊" title="處理模塊">處理模塊的設計研制。該模塊利用無線局域網成熟的擴頻通信技術,具有抗干擾能力強、數據傳輸速率" title="傳輸速率">傳輸速率高、性能穩定可靠等特點。模塊采用DSP開發擴頻電臺的通信和控制協議,軟件設計" title="軟件設計">軟件設計靈活,為軟件的升級和通信功能的擴展提供了方便并取得了良好的實驗效果。?

　　關鍵詞: 基帶處理模塊? 無線局域網(WLAN)? 高速數字信號處理器 CCK?

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　　WLAN(Wireless LAN)具有網絡配置靈活、組網迅速、用戶/終端可移動、適應性強、安裝維護方便等優點,因此越來越受重視。本文利用WLAN芯片和DSP芯片設計、制作了擴頻電臺的基帶處理模塊,該模塊利用WLAN成熟的無線傳輸技術和高速數字信號處理技術,具有設備簡單、配置靈活等優點。?

1 基帶處理模塊硬件系統的設計?

1.1 擴頻電臺的系統結構?

　　擴頻電臺的系統原理框圖如圖1所示。主要由基帶處理模塊、收發信機、接口電路等部分組成。?

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　　擴頻電臺的基帶處理模塊主要包括兩部分:控制器和Modem。基帶Modem采用Intersil公司的WLAN芯片HFA3861B,該芯片支持IEEE802.11^[1]和IEEE802.11b^[2]的物理層協議。基帶控制器采用TI公司的高速DSP—TMS320C5402^[3],該芯片具有較強的數字信號處理能力。基帶處理模塊主要以HFA3861B構建的硬件平臺為基礎,由DSP的軟件完成各自的功能并有機地融為一體,最大限度地提高通信的有效性。?

1.2 基帶控制器?

　　基帶控制器主要完成以下功能:?

　　·對各類業務數據(話音和異步數據)的讀寫?

　　(1)通過RS232串行口與微機交換異步數據,串口速率為38.4kbps。?

　　(2)與聲碼器交換數字化語音信息。?

　　·數據裝/解幀?

　　擴頻電臺采用時分雙工(TDD)模式,將時間軸分為時幀,如圖2所示。

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　　每一個幀分為兩個時隙" title="時隙">時隙:發送和接收時隙。每個時隙又進一步分為用于傳輸話音和數據業務的兩個部分。話音部分的邊界可動態變化。當用戶沒有傳送話音信息時,整個時隙都提供給數據業務使用。?

　　首先發起業務請求的用戶為主叫端,被呼叫的用戶為被叫端。用戶只能在它的發送時隙發送數據,在它的接收時隙接收數據。當主叫端處于發送時隙時,被叫端處于接收時隙;當主叫端處于接收時隙時,被叫端處于發送時隙。?

1.3 基帶Modem?

　　基帶Modem主要完成以下功能:?

　　·協議轉換:把TDD的數據幀轉換成IEEE802.11幀格式。?

　　·調制解調?

　　基帶Modem支持IEEE802.11和IEEE802.11b協議的物理層標準,即11dB的擴頻處理增益;調制方式:DBPSK、QPSK、CCK;傳輸速率:1/2/5.5/11Mbps,其中,補碼鍵控(CCK)能以更小的誤碼率、更高的速度進行傳輸,其調制器框圖如圖3所示^[4,5]。?

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　　輸入的8bits串行數據經過串/并轉換分成8路,其中,D0～D5用來選擇CCK碼字。也就是說,按某種規律從存儲器中的64個正交補碼中抽取一個,得到的補碼(即CCK碼字)長度為8 chips。這樣,6 bits的信息就被調制到8 chips的補碼上。得到的CCK碼字為復數編碼,包括實部和虛部,相應地分為I、Q兩路輸入到差分電路中。在差分電路中,D6～D7從四種相位(0°,90°,180°,270°)中選擇一種,并用這個相位對CCK碼字進行翻轉。相當于,通過QPSK將D6、D7調制到整個CCK碼字上。由于I、Q兩路信號都進行了AejQ的翻轉,所以兩路信號仍然保持正交,因此受信道失真的影響較小。?

　　CCK作為一種新型的調制方式,能以更高的速率、更好的帶寬利用率、更強的抗多徑干擾能力、更小的誤碼率傳輸信號。?

2 基帶模塊的軟件設計?

　　基帶Modem的任務主要由HFA3861B完成。基帶控制器的任務主要由軟件完成,而且幾個任務同時發生,所以在軟件的工作過程中要采用中斷方式對它們進行并行處理。?

2.1 協議實現框架?

　　由于軟件設計與硬件電路結合得非常緊密,為了減少硬件電路對協議處理部分的影響,在軟件的最低層設計了一個驅動層模塊,主要完成對硬件電路的初始化。?

　　在驅動層基礎上完成對數據鏈路層核心協議的處理。這一層是軟件的主體部分,主要功能是對數據進行裝/解幀和上/下傳。此外,IEEE802.11協議主要支持異步數據業務,因此采用循環冗余校驗(CRC)。利用TMS320C5402的高速運算能力,又開發了(2,1,5)卷積編碼^[6]。因其具有較強的前向糾錯(FEC)能力,更適合于支持實時話音業務,這為該電臺擴展通信功能提供了方便。?

2.2 系統的初始化?

　　在系統啟動后,進入初始化過程。系統的初始化程序主要完成對HFA3861B和RS232接口的初始化工作。?

2.3 數據收發程序?

　　·對微機的RS232串行口的讀寫?

　　·對HFA3861B的讀寫?

　　在發送時隙,如果基帶控制器有數據需要發送而且基帶Modem允許發送數據,即產生中斷通知控制器,然后控制器啟動發送程序,將數據傳送給Modem。Modem在接收到數據后,首先按照IEEE802.11協議的幀格式裝幀,然后才發送出去。?

　　基于高速DSP的擴頻電臺基帶模塊可以通過RS232串行口與微機實現全雙工通信,串口速率為38.4kbps。該模塊支持IEEE802.11和IEEE802.11b的物理層協議,支持擴頻通信和CCK調制,具有通信速率高(最高信道傳輸速率可達11Mbps)、抗干擾能力強等優點。經過多次實驗表明,該模塊工作穩定,通信可靠。此外,該模塊具有進一步的開發潛力,作為一種通用硬件平臺,易升級為具有多種通信功能的無線電臺(比如實時話音業務)。?

參考文獻?

1 IEEE 802.11 Standard for Wireless LAN. 1997?

2 IEEE 802.11b Standard for Wireless LAN. 1997?

3 TMS320C54X DSP CPU and Peripherals?

4 Carl Andren, Karen Halford, Mark Webster. CCK,the new IEEE 802.11 standard for 2.4GHz wireless LANs.?

5 Carl Andren, Mark Webster. CCK Modulation Delivers 11Mbps for High Rate IEEE 802.11 Extension. Wireless Symposium/Portable by Design Conference Spring 1999.?