基于FPGA的電臺(tái)接口轉(zhuǎn)換模塊

4 Cordic算法實(shí)現(xiàn)求模

目前實(shí)現(xiàn)Cordic算法主要有兩種基本的結(jié)構(gòu)：較為簡(jiǎn)潔的狀態(tài)機(jī)和高速全流水線處理器。在此采用高速全流水線處理器。在流水線結(jié)構(gòu)中，各階段數(shù)據(jù)處理不影響后面數(shù)據(jù)的輸入，在每個(gè)時(shí)鐘周期到來(lái)是將各階段的數(shù)據(jù)不斷前移，后面的數(shù)據(jù)不斷輸入，猶如一個(gè)FIFO緩沖期，在每個(gè)時(shí)鐘周期到來(lái)時(shí)地址不斷向前移一位，后來(lái)的數(shù)據(jù)不斷的往里輸，在各時(shí)鐘周期不同地址間數(shù)據(jù)不會(huì)相互影響。這就保證了實(shí)時(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)能不斷地流入而不會(huì)導(dǎo)致沖突。圖4所示為5級(jí)迭代快速Cordic流水線結(jié)構(gòu)：

如圖5所示，采用QuartusⅡ的SignalTap采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算其準(zhǔn)確率高達(dá)98%以上，能夠滿足設(shè)計(jì)的需求。根據(jù)圖5所示計(jì)算mmsource_ exp信號(hào)，此信號(hào)是指數(shù)修正信號(hào)，是有符號(hào)型，將其轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)的-2。先計(jì)算頭二組mmsource_real信號(hào)和mmource_imag信號(hào)數(shù)據(jù)。它們也是有符號(hào)數(shù)，因此將其轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為{-1，-80；-2，-17；-11，-53；26，-51}，而根據(jù)Cordic算法得出的結(jié)果從圖5中讀出，依次為{5 209；1 113；3 517；3 723}。而實(shí)際經(jīng)模修改后得到的標(biāo)準(zhǔn)值分別為{5 120；1 088；5 317；3 648}。

5 穩(wěn)定處理

FFT閾值法的原理是先對(duì)原始信號(hào)做FFT處理，適當(dāng)預(yù)設(shè)濾波閾值，將低于該閾值的頻帶設(shè)定為無(wú)效信號(hào)，定義為接收器沒有接收到信號(hào)。當(dāng)然閾值以下，并不能代表該周期產(chǎn)生了單頻信而由于信道上或者硬件本身的干擾，單檢測(cè)周期的測(cè)量值超過(guò)閾值或者在號(hào)或沒產(chǎn)生。僅憑單檢測(cè)周期的閾值檢測(cè)而產(chǎn)生PTT控制信號(hào)會(huì)帶來(lái)話音控制的不穩(wěn)定性。

設(shè)計(jì)的算法能極大地提高閾值測(cè)試的穩(wěn)定性。具體處理如下，流程如圖6所示。

為實(shí)現(xiàn)該功能，需自定義一個(gè)計(jì)數(shù)器，初始值為0，計(jì)數(shù)器值定義在0到T(T>0)之間。若在加操作中使計(jì)數(shù)器值大于T，則將計(jì)數(shù)器值飽和到T；若在減操作中使計(jì)數(shù)器小于0，則將計(jì)數(shù)器值飽和到0。

第一步，檢測(cè)測(cè)量值是否過(guò)閾值。若過(guò)閾值，計(jì)數(shù)器值加m，進(jìn)行第二步；若不過(guò)閾值，計(jì)數(shù)器值減n，進(jìn)行第四步。

第二步，若計(jì)數(shù)器值大于T，則飽和到T值。進(jìn)行第三步。

第三步，檢測(cè)計(jì)數(shù)器值，若計(jì)數(shù)器值等于T，則啟動(dòng)輸出PTT控制信號(hào)，結(jié)束流程；若計(jì)數(shù)器值小于T，則維持上一次的PTT控制信號(hào)輸出狀態(tài)，結(jié)束流程。

第四步，若計(jì)數(shù)器值小于0，則飽和到0值。進(jìn)行第五步。

第五步，檢測(cè)計(jì)數(shù)器值，若計(jì)數(shù)器值等于0，則取消輸出PTT控制信號(hào)，結(jié)束流程；若計(jì)數(shù)器值大于0，則維持上一次的PTT控制信號(hào)輸出狀態(tài)，結(jié)束流程。

在流程中，m，n值的選擇取決于信道上或者硬件本身干擾的大小。若沒有單頻信號(hào)而誤檢出單頻信號(hào)的錯(cuò)誤概率比較大，則m的取值應(yīng)較?。环粗?，若沒有單頻信號(hào)而誤檢出單頻信號(hào)的錯(cuò)誤概率比較小，則m的取值可以較大。同理，若有單頻信號(hào)而未檢出單頻信號(hào)的錯(cuò)誤概率比較大，則n的取值應(yīng)較??；反之，若有單頻信號(hào)而未檢出單頻信號(hào)的錯(cuò)誤概率比較小，則n的取值可以較大。

圖7所示，在CycloneⅢ實(shí)驗(yàn)板運(yùn)行時(shí)采用SignalTapⅡ?qū)顟B(tài)機(jī)的各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，保證狀態(tài)機(jī)運(yùn)行良好。將相關(guān)程序下載到Cyclone-Ⅲ芯片里，實(shí)時(shí)采集音頻數(shù)據(jù)對(duì)狀態(tài)機(jī)進(jìn)行分析。

在圖7中，mmod在一個(gè)采樣周期結(jié)束后ostart信號(hào)被觸發(fā)，其獲得的總能量為1 427，比預(yù)設(shè)閾值要低，因此ocounter1的狀態(tài)不變，仍保持在第0狀態(tài)，而ocounter2的狀態(tài)則由第3狀態(tài)跳到第2狀態(tài)，這實(shí)踐的結(jié)果和理論都是保持一致的，可以說(shuō)明程序的正確性，狀態(tài)機(jī)運(yùn)行正常。

6 結(jié)語(yǔ)

本文可以用于一切需要PTT信號(hào)端的設(shè)備上，應(yīng)用極其廣泛，如：對(duì)講機(jī)、飛機(jī)場(chǎng)指揮塔的應(yīng)答系統(tǒng)以及目前已在美國(guó)推出的PTT手機(jī)業(yè)務(wù)等均運(yùn)用到該技術(shù)。而在做該課題時(shí)遇到一些問(wèn)題，如：陷波濾波器其阻帶帶寬偏大，需要尋求一種更好的算法來(lái)解決其帶寬問(wèn)題；其次，F(xiàn)IR消耗內(nèi)存較大，這樣會(huì)消耗大部分的FPGA邏輯資源，會(huì)導(dǎo)致較大系統(tǒng)的資源不夠，因此需要設(shè)計(jì)更好的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)和算法來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題。這將是筆者以后需要繼續(xù)研究學(xué)習(xí)的。