多路測量信號擴頻傳輸?shù)腄SP系統(tǒng)設(shè)計

1. 引 言

在測控領(lǐng)域，通常要求對多路檢測信號進行傳輸。信號的傳輸過程中常受到周圍復雜環(huán)境的干擾會產(chǎn)生較大的失真。如采用擴頻通信傳輸系統(tǒng)，在發(fā)射機中用偽隨機序列對所傳輸信號的頻譜進行擴展并利用碼分復用實現(xiàn)多路信號的復用；在接收機中再對其解擴，恢復原傳輸信號。利用擴頻通信的擴頻增益，可大大提高通信系統(tǒng)的信噪比 [1-2]，增加傳輸信號的可靠性改善通信質(zhì)量、提高通信效率。 同時 DSP具有可滿足算法控制復雜結(jié)構(gòu)、運算速度高、尋址方式靈活和通信性能強大等需求，可以通過軟件修改傳輸信號參數(shù)，因此具有很大的靈活性。本文利用 DSP系統(tǒng)實現(xiàn)多
路測量信號擴頻傳輸，結(jié)合了擴頻通信和 DSP的優(yōu)點 [3-4]，是一種有發(fā)展前途的檢測信號傳輸實現(xiàn)方式。

2. 多路檢測信號的擴頻傳輸系統(tǒng)

系統(tǒng)的組成按照功能劃分為發(fā)射模塊和接收模塊。在發(fā)射模塊中，多路基帶數(shù)字信號（模擬信號則先通過模數(shù)轉(zhuǎn)換）分別由各自對應(yīng)的偽隨機序列進行擴頻調(diào)制，這些偽隨機序列各不相同但相互正交（或準正交），用這些序列進行擴頻調(diào)制同時利用碼分復用技術(shù)把多路信號復合成一路信號送主調(diào)制器進行載波調(diào)制后，再發(fā)射出去。 在接收模塊中，先對接收到的信號進行載波解調(diào)，然后再用本地的與每一路已同步好的偽隨機序列進行相關(guān)解擴，因為各路信號對應(yīng)的偽隨機序列互不相關(guān)，因而可恢復出每一路原始的基帶信號，這里的信號是指數(shù)字信號，若需要模擬信號，則可把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。本系統(tǒng)對接收模塊的偽隨機序列的同步采用常用的滑動相關(guān)捕獲來實現(xiàn)[5]。多路測量

信號擴頻傳輸系統(tǒng)的組成原理圖如圖 1所示。擴頻傳輸系統(tǒng)中，擴頻信號帶寬 B 2與信息帶寬 B 1之比稱為處理增益GP，即

在擴頻通信中，接收機作擴頻解調(diào)后，只提取擴頻序列相關(guān)處理后的帶寬 B 1的信號成分，而排除掉擴展到寬頻帶 B 2中的外部干擾、噪聲和其它用戶通信的影響，所以擴頻處理增益 GP能夠準確反映擴頻通信的抗干擾的能力。



擴頻序列的碼長N越大，碼元寬度 TC越小，則碼速 Rc越大，擴頻通信系統(tǒng)的擴頻增益也越大。
擴頻處理增益越高，系統(tǒng)的抗干擾能力越強。以周期為 127的 Gold序列為擴頻序列的一路信號的傳輸過程為例，數(shù)據(jù)的發(fā)送頻率為 19200，擴頻序列的頻率為 19200×127，誤碼率是未擴頻傳輸?shù)?0.04417，數(shù)據(jù)接收時的誤碼率降低近兩個數(shù)量級。
本系統(tǒng)采用的 Gold擴頻序列的周期為127，其碼分多址的可以實現(xiàn) 12路的檢測信號的同時同頻的擴頻傳輸。多路檢測信號的擴頻傳輸可以保證在接收端的低誤碼率要求下實現(xiàn)可靠傳輸。

3. 多路檢測信號擴頻傳輸

DSP實現(xiàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多路測量信號擴頻傳輸系統(tǒng)主要實現(xiàn)多路測量信號（包括模擬信號和數(shù)字信號，模擬信號可先經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號存儲在系統(tǒng)的存儲器中，然后再進行擴頻傳輸）的擴頻調(diào)制、同步、擴頻解調(diào)等功能，同時便于以后對其擴展以完成其他功能。由于這是一個 DSP硬件平臺的設(shè)計，所以保證了以后功能擴展的實現(xiàn)中盡量不改變硬件的設(shè)計或者對硬件設(shè)計改變很小，且只需要添加部分軟件或者對軟件進行修改就可以達到其功能擴展升級，所以盡量減少專用芯片的使用而采用具有擴展性的芯片。整個系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖 2所示。
在總體設(shè)計中，采用定點 DSP實現(xiàn)多路測量信號的擴頻調(diào)制、解擴，用 FPGA來實現(xiàn)擴頻信號的同步[7]。整個系統(tǒng)平臺包括數(shù)字信號處理器 (DSP)內(nèi)核、 FPGA、存儲器、 A/D轉(zhuǎn)換、
JTAG接口等。根據(jù)現(xiàn)有的實際情況，數(shù)字信號處理器 (DSP)采用 TI（德州儀器）公司的 TMS320C5416[6]，F(xiàn)PGA芯片選用 ALTERA公司的 EP1K100QC208-3，F(xiàn)LSAH存儲器使用 AMD公司的 AM29LV200，A/D轉(zhuǎn)換使用 TI公司的開關(guān)電容結(jié)構(gòu)的逐次比較型 8位 A/D轉(zhuǎn)換器 TLC540。JTAG為仿真接口連接。

4. DSP系統(tǒng)軟件設(shè)計

作為整個系統(tǒng)的控制和處理核心，DSP要完成大量的工作，總結(jié)起來主要有下面幾項：
1．對其自身的初始化；
2．載入擴頻碼序列并存放于片內(nèi) RAM里，以及接收時根據(jù) FPGA的同步信號完成擴頻序列的同步；
3．接收 A/D轉(zhuǎn)換送來的數(shù)據(jù)，并存放在預先開辟的數(shù)據(jù)區(qū)間；
4．對接收到的多路數(shù)據(jù)分別進行擴頻調(diào)制，并將調(diào)制后的數(shù)據(jù)也存放在開辟好的數(shù)據(jù)存儲區(qū)間；
一對經(jīng)過擴頻調(diào)制后的多路數(shù)據(jù)合成一路數(shù)據(jù)并進行數(shù)字調(diào)制；
一對接收到的擴頻信號進行擴頻解調(diào)，恢復出原始的多路信號并送入數(shù)據(jù)存儲區(qū)間。

本系統(tǒng)所有的 DSP軟件設(shè)計都是在 CCS2.0集成開發(fā)環(huán)境 [8]下進行的，采用基于 TI公司 C5000系列 DSP的匯編語言和 C語言混合編寫的。其發(fā)射模塊和接收模塊的軟件流程分別如圖 3(a)和(b)所示：
本系統(tǒng)采用對每路測量信號分別做擴頻調(diào)制的同時利用擴頻碼碼分復用后再進行傳輸?shù)姆椒ǎ恍杞?jīng)過頻分復用或時分復用后再做擴頻調(diào)制進行傳輸[9]，這使得系統(tǒng)更簡化，在提高信號傳輸可靠性的同時也可提高系統(tǒng)的頻帶利用率。電路設(shè)計中主要涉及到了擴頻信號的基帶處理。如果要實現(xiàn)信號的無線擴頻傳輸。則可以在設(shè)計的基礎(chǔ)上，加入射頻調(diào)制模塊，基帶信號經(jīng)過調(diào)制后轉(zhuǎn)換為射頻信號發(fā)射出去，接收到的射頻信號經(jīng)射頻解調(diào)后，再進行解擴處理即可。

5.結(jié)束語
在多路測量信號的擴頻傳輸系統(tǒng)中，利用不同偽隨機碼調(diào)制不同信號，實現(xiàn)信號的復用和擴頻傳輸。在接收端實現(xiàn)系統(tǒng)同步后，先解調(diào)再利用相干檢測法解擴，恢復出原信號實現(xiàn)多路信號。該擴頻通信系統(tǒng)可實現(xiàn)多路信號的有效傳輸，具有抗干擾能力強、易保密等優(yōu)點。本系統(tǒng)利用 DSP系統(tǒng)實現(xiàn)多路測量信號擴頻傳輸，充分利用了 DSP器件的優(yōu)點和擴頻通信系統(tǒng)的特性，是一種有發(fā)展前途的檢測信號傳輸實現(xiàn)方式。

圖 3 DSP系統(tǒng)軟件流程
本文創(chuàng)新點：本文在對多路測量信號的傳輸系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，提出了對所傳輸信號的頻譜進行擴展的同時利用碼分復用實現(xiàn)多路信號復用傳輸?shù)姆椒ā２⒗?DSP實現(xiàn)了多路測量信號擴頻傳輸系統(tǒng)，實驗結(jié)果說明該系統(tǒng)是可行的。