HSP50415在中频数字化发射机中的应用

 

　　软件无线电技术，顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的"纯硬件电路"的无线通信。软件无线电技术的重要价值在于：传统的硬件无线电通信设备只是作为无线通信的基本平台，而许多的通信功能则是由软件来实现，打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。软件无线电技术的出现是通信领域继固定通信到移动通信，摸拟通信到数字通信之后第三次革命。

　　1 HSP50415的功能特点

　　1.1 HSP50415的内部结构功能

　　HSP50415由256级深度的FIFO数据缓冲器、星座映射器、成形和内插滤波器、复数乘法器、符号率NCO、载波NCO及双路DAC组成。其内部组成如图1所示。

 

 

　　HSP50415的信号输入管脚是DIN（0~15）、ISTRB、TXEN和DATACLK.数据输入有两种方式：一种是固定符号速率传输方式，一种是猝发传输方式。在固定符号速率传输方式下，数据将以2倍采样率进入数据缓冲区，缓冲区为256×32bit的FIFO.一旦一对I和Q数据进入FIFO,数据会以采样率的方式读出。由于FIFO可完成一个串并变换，可将一路信号变换成I和Q两路信号，因此，其输入端数据率是输出端的2倍。而在猝发方式下，当数据满或半满时，FIFO的标志位可触发DSP的中断，以通知DSP停发数据，这时便可读取数据。I/O的输入时序如图2所示。

 

 

　　HSP50415数字上变频器的内部星座映射图中有一个用户可编程查找表（256×8 bit RAM），这个查找表能支持I/O位宽为4 bit （256QAM）的数据，可完成各种正交的PM和AM基带码映射。可将I和Q数据合并成8 bit数据作为地址去查表，从而得到映射数据并以Iout<3:0>和Qout<3:0>的形式输出。

　　HSP50415中的成形滤波器的基本内插率为×4、×8或×16.此外，还有一个可选的2bit模式以供用户将抽样率减少1/2.成形滤波器的运算由移位累加器来完成，其输入采样率为MIN（（CLK×2×2^twoBITMODE）/（#bit xinterpolation-Rate），CLK/4）。若使用2 bit模式，则式中的twoBitMode为1,否则为0,#bit为输人数据的位数，interpolationRate为内插率。

　　HSP50415的半带滤波器的内插率为2,由于其系数在偶数点上为零，因此可将计算量减少一倍。而内插滤波器则可将半带滤波器的输出采样率插值到终的采样率fsout.数控振荡器（NCO）用于为内插滤波器提供时钟，它允许输人和输出采样率有非整数倍关系。而器件中的乘法器则可把基带信号调制到可编程中频上。

　　滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。基本的滤波器，是由一个电容器和一个电感器构成，称为L型滤波。所有各型的滤波器，都是集合L型单节滤波器而成。

　　HSP50415内部集成有双路12位DAC,并可由x/sinx滤波器提供滚降补偿，以实现模拟输出。另外HSP50415还可提供14位数字输出。

　　1.2 HSP50415的主要特点

　　HSP50415是一个功能强大的可编程调制器，编程十分灵活，信号的极性可以通过编程来改变，内部集成了高速D/A转换器，性价比较高。HSP50415具有功耗低、高、可靠性强等优点，其主要性能参数如下：

　　●输出采样率达100MHz输入数据率达25MHz.

　　●编程载波NCO和符号NCO均为32位，高。

　　●x/sinx滚降补偿。

　　●每路有四片64×72位的FIR滤波器，其系数RAM可由Intersil公司提供的软件来产生。

　　●成形滤波器的内插率可编程设置，达24个符号间隔，半带滤波器和内插滤波器的系数是固定的。

　　●数字信号处理能力大于70dB（SFDR）。

　　●14位数字输出或双路12位D/A模拟输出，D/A处理能力大于50dB.微处理器端口有18个控制寄存器，可方便地控制256×32位FIFO及其深度、成形滤波器的阶数、增益调整、符号速率、载波频率及是否旁路某些模块等。

　　1.3 HSP50415的主要管脚功能

　　HSP50415的主要引脚功能如下：

　　CLK: 系统时钟

　　SYSCLK/2: 系统内部时钟

　　DIN<15:0>: 数据总线

　　CDATA<7:0>: 微处理器数据总线

　　RD: 微处理器读

　　WR: 微处理器写

　　ADDR<2:0>: 微处理器地址总线

　　Iout<13:0>,Qout<13:0>: 数字输出

　　IOUTA,IOUTB,QOUTA,QOUTB: 模拟输出

　　2*SYMCLK: 采样时钟的2倍

　　REFCLK: 参考时钟

　　DATACLK: 异步数据时钟

　　TXEN: 猝发模式选通信号

　　ISTRB: 路数据选通信号

　　INTREQ: 中断请求信号

　　FEMPT,FOVER,FFULL: FIFO电平监控信号

　　LOCKDET: 数字锁相环的状态标志

　　ICOMP,QCOMP: 为减小串音提供的补偿信号

　　REFLO: 内部参考选择

　　REFIO: 外部参考电压输入

　　FSADJ: 满量程电流调整

　　2 HSP50415的初始化及参数设置

　　HSP50415的初始化包括两部分，一是对控制寄存器的初始化。二是对成形滤波器系数RAM及星座映射器RAM的初始化。HSP50415总共有18个寄存器，通过对这些控制寄存器的访问，可以方便地控制256x32位FIFO及其深度、成形滤波器的阶数、增益调整、符号速率、载波频率以及是否旁路某些模块等，以便进行硬件调试。系数和控制字的值可以利用Intersil公司网站提供的可执行文件sim451.exe和modulator.exe方便地产生。图3所示是将值为AABBCCDD的控制字送入地址为OC的控制寄存器的工作时序。

 

　　HSP50415的参数可由下面的公式确定：

　　符号率NCO=（symbolrate/Fsout）x232

　　载波NCO=（carrierFrequency/Fsout）×232

　　3 HSP50415的调制原理及实现

　　HSP50415的复数乘法器可完成如下运算：

　　Re（S（n））=I（n）cos（nω0ts）-Q（n）sin（nω0ts）

　　Im（S（n））=Q（n）cos（nω0ts）+I（n）sin（nω0ts）

　　其中，S（n）为输出信号，ω0为载波频率，ts为取样间隔。这样，根据I（n）和Q（n）编码方式的不同，即可以完成BPSK、QPSK、m-QAM等调制方式。假如输入信号为y（n）=sin（nΩT）+jcos（nΩT），则乘法器的输出为：

　　Re（S（n））=I（n）cos（nω0ts）-Q（n）sin（nω0ts）=cos（n（ω0+Ω）ts）

　　Im（S（n））=Q（n）cos（nω0ts）+I（n）sin（nω0ts）=sin（n（ω0+Ω）ts）

　　这样，便可以得到FM调频信号。

　　4 用HSP50415实现数字上变频

　　HSP50415编程灵活，可应用于无线电台的发射系统中。图4为HSP50415与TMS320VC5509的接口电路，该电路可实现数字上变频变换。

 

　　图4中采用了两个片选信号，可用于区分微处理器端口和数据端口。初始化时，CE2先选通，DSP通过微处理器接口访问HSP50415.初始化完成后，再使CEO选通，此后，DSP每收到一个中断，便通过DATA/FIFO接口向HSP50415发一个数据。将XF连接ISTRB可以表明这个数据是I数据还是Q数据。CEO与AWE相或可产生DATACLK信号。中断信号则由2*SYMCLK产生。

　　5 结束语

　　HSP50415具有强大的调制功能。只要适当的调整软件，就可以实现数字电台的多种调制解调方式与上变频功能。笔者利用一年多时间，从板子的设计到调试，做了大量的工作，从而在该平台上实现了2FSK的调制，并得到了正确的调制波形。