基于DSP的扩频电台基带模块的设计与实现

一种基于高速数字信号处理器（DSP）的扩频电台基带处理模块的设计研制。该模块利用无线局域网成熟的扩频通信技术，具有抗干扰能力强、数据传输速率高、性能稳定可靠等特点。模块采用DSP开发扩频电台的通信和控制协议，软件设计灵活，为软件的升级和通信功能的扩展提供了方便并取得了良好的实验效果。

WLAN（Wireless LAN）具有网络配置灵活、组网迅速、用户/终端可移动、适应性强、安装维护方便等优点，因此越来越受重视。本文利用WLAN芯片和DSP芯片设计、制作了扩频电台的基带处理模块，该模块利用WLAN成熟的无线传输技术和高速数字信号处理技术，具有设备简单、配置灵活等优点。

1 基带处理模块硬件系统的设计

1.1 扩频电台的系统结构

扩频电台的系统原理框图如图1所示。主要由基带处理模块、收发信机、接口电路等部分组成。


扩频电台的基带处理模块主要包括两部分：控制器和Modem。基带Modem采用Intersil公司的WLAN芯片HFA3861B，该芯片支持IEEE802.11[1]IEEE802.11b[2]的物理层协议。基带控制器采用TI公司的高速DSP-TMS320C5402[3]，该芯片具有较强的数字信号处理能力。基带处理模块主要以HFA3861B构建的硬件平台为基础，由DSP的软件完成各自的功能并有机地融为一体，最大限度地提高通信的有效性。

1.2 基带控制器

基带控制器主要完成以下功能：

·对各类业务数据（话音和异步数据）的读写

（1）通过RS232串行口与微机交换异步数据，串口速率为38.4kbps。

（2）与声码器交换数字化语音信息。

扩频电台采用时分双工（TDD）模式，将时间轴分为时帧，如图2所示。

每一个帧分为两个时隙：发送和接收时隙。每个时隙又进一步分为用于传输话音和数据业务的两个部分。话音部分的边界可动态变化。当用户没有传送话音信息时，整个时隙都提供给数据业务使用。 


首先发起业务请求的用户为主叫端，被呼叫的用户为被叫端。用户只能在它的发送时隙发送数据，在它的接收时隙接收数据。当主叫端处于发送时隙时，被叫端处于接收时隙；当主叫端处于接收时隙时，被叫端处于发送时隙。

1.3 基带Modem

基带Modem主要完成以下功能：

·协议转换：把TDD的数据帧转换成IEEE802.11帧格式。

·调制解调

基带Modem支持IEEE802.11和IEEE802.11b协议的物理层标准，即11dB的扩频处理增益；调制方式：DBPSK、QPSK、CCK；传输速度；1/2/5.5/11Mbps，其中补码键控（CCK）能以更小的误码率、更高的速度进行传输，其调制器框图如图3所示[4,5]。

输入的8bits串行数据经过串/并转换分成8路，其中，D0～D5用来选择CCK码字。也就是说，按某种规律从存储器中的64个正交补码中抽取一个，得到的补码（即CCK码字）长度为8chips。这样，6bits的信息就被调制到8 chips的补码上。得到的CCK码字为复数编码，包括实部和虚部，相应地分为I、Q两路输入到差分电路中。在差分电路中，D6～D7从四种相位（0°，90°，180°，270°）中选择一种，并用这个相位对CCK码字进行翻转。由于I、Q两路信号都进行AejQ的翻转，所以两路信号仍然保持正交，因此受信道失真的影响较小。

CCK作为一种新型的调制方式，能以更高的速率、更好的带宽利用率、更强的抗多径干扰能力、更小的误码率传输信号。

2 基带模块的软件设计

基带Modem的任务主要由HFA3861B完成。基带控制器的任务主要由软件完成，而且几个任务同时发生，所以在软件的工作过程中要采用中断方式对它们进行并行处理。

2.1 协议实现框架

由于软件设计与硬件电路结合得非常紧密，为了减少硬件电路对协议处理部分的影响，在软件的最低层设计了一个驱动层模块，主要完成对硬件电路的初始化。

在驱动层基础上完成对数据链路层核心协议的处理。这一层是软件的主体部分，主要功能是对数据进行装/解帧和上/下传。此外，IEEE802.11协议主要支持异步数据业务，因此采用循环冗余校验（CRC）。利用TMS320C5402的高速运算能力，又开发了（2，1，5）卷积编码[6]。因其具有较强的前向纠错（FEC）能力，更适合于支持实时话音业务，这为该电台扩频通信功能提供了方便。

2.2 系统的初始化

在系统启动后，进入初始化过程。系统的初始化程序主要完成对HFA3861B和RS232接口的初始化工作。

2.3 数据收发程序

·对微机的RS232串行口的读写


·对HFA3861B的读写在发送时隙，如果基带控制器有数据需要发送而且基带Modem允许发送数据，即产生中断通知控制器，然后控制器启动发送程序，将数据传送给Modem。Modem在接收到数据后，首先按照IEEE802.11协议的帧格式装帧，然后才能送出去。

基于高速DSP的扩频电台基带模块可以通过RS232串行口与微机实现全双工通信，串口速率为38.4kbps。该模块支持IEEE802.11和IEEE802.11b的物理层协议，支持扩频通信和CCK调制，具有通信速率高（最高信道传输速率可达11Mbps）、抗干扰能力强等优点。经过多次实验表明，该模块工作稳定，通信可靠。此外，该模块具有进一步的开发潜力，作为一种通用硬件平台，易升级为具有多种通信功能的无线电台（比如实时话音业务）。