多路測量信號擴頻傳輸的DSP系統設計

1. 引 言

在測控領域，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境的干擾會產生較大的失真。如采用擴頻通信傳輸系統，在發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的信噪比 [1-2]，增加傳輸信號的可靠性改善通信質量、提高通信效率。 同時 DSP具有可滿足算法控制復雜結構、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，因此具有很大的靈活性。本文利用 DSP系統實現多
路測量信號擴頻傳輸，結合了擴頻通信和 DSP的優點 [3-4]，是一種有發展前途的檢測信號傳輸實現方式。

2. 多路檢測信號的擴頻傳輸系統

系統的組成按照功能劃分為發射模塊和接收模塊。在發射模塊中，多路基帶數字信號（模擬信號則先通過模數轉換）分別由各自對應的偽隨機序列進行擴頻調制，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制同時利用碼分復用技術把多路信號復合成一路信號送主調制器進行載波調制后，再發射出去。 在接收模塊中，先對接收到的信號進行載波解調，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解擴，因為各路信號對應的偽隨機序列互不相關，因而可恢復出每一路原始的基帶信號，這里的信號是指數字信號，若需要模擬信號，則可把數字信號轉換成模擬信號。本系統對接收模塊的偽隨機序列的同步采用常用的滑動相關捕獲來實現[5]。多路測量

信號擴頻傳輸系統的組成原理圖如圖 1所示。擴頻傳輸系統中，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，接收機作擴頻解調后，只提取擴頻序列相關處理后的帶寬 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。?
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擴頻序列的碼長N越大，碼元寬度 TC越小，則碼速 Rc越大，擴頻通信系統的擴頻增益也越大。
擴頻處理增益越高，系統的抗干擾能力越強。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，數據的發送頻率為 19200，擴頻序列的頻率為 19200×127，誤碼率是未擴頻傳輸的 0.04417，數據接收時的誤碼率降低近兩個數量級。
本系統采用的 Gold擴頻序列的周期為127，其碼分多址的可以實現 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可靠傳輸。

3. 多路檢測信號擴頻傳輸

DSP實現的系統結構多路測量信號擴頻傳輸系統主要實現多路測量信號（包括模擬信號和數字信號，模擬信號可先經 A/D轉換成數字信號，數字信號存儲在系統的存儲器中，然后再進行擴頻傳輸）的擴頻調制、同步、擴頻解調等功能，同時便于以后對其擴展以完成其他功能。由于這是一個 DSP硬件平臺的設計，所以保證了以后功能擴展的實現中盡量不改變硬件的設計或者對硬件設計改變很小，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。整個系統的總體設計框圖如圖 2所示。
在總體設計中，采用定點 DSP實現多路測量信號的擴頻調制、解擴，用 FPGA來實現擴頻信號的同步[7]。整個系統平臺包括數字信號處理器 (DSP)內核、 FPGA、存儲器、 A/D轉換、
JTAG接口等。根據現有的實際情況，數字信號處理器 (DSP)采用 TI（德州儀器）公司的 TMS320C5416[6]，FPGA芯片選用 ALTERA公司的 EP1K100QC208-3，FLSAH存儲器使用 AMD公司的 AM29LV200，A/D轉換使用 TI公司的開關電容結構的逐次比較型 8位 A/D轉換器 TLC540。JTAG為仿真接口連接。

?4. DSP系統軟件設計

作為整個系統的控制和處理核心，DSP要完成大量的工作，總結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 RAM里，以及接收時根據 FPGA的同步信號完成擴頻序列的同步；
3．接收 A/D轉換送來的數據，并存放在預先開辟的數據區間；
4．對接收到的多路數據分別進行擴頻調制，并將調制后的數據也存放在開辟好的數據存儲區間；
一?對經過擴頻調制后的多路數據合成一路數據并進行數字調制；
一?對接收到的擴頻信號進行擴頻解調，恢復出原始的多路信號并送入數據存儲區間。

本系統所有的 DSP軟件設計都是在 CCS2.0集成開發環境 [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：
本系統采用對每路測量信號分別做擴頻調制的同時利用擴頻碼碼分復用后再進行傳輸的方法，不需經過頻分復用或時分復用后再做擴頻調制進行傳輸[9]，這使得系統更簡化，在提高信號傳輸可靠性的同時也可提高系統的頻帶利用率。電路設計中主要涉及到了擴頻信號的基帶處理。如果要實現信號的無線擴頻傳輸。則可以在設計的基礎上，加入射頻調制模塊，基帶信號經過調制后轉換為射頻信號發射出去，接收到的射頻信號經射頻解調后，再進行解擴處理即可。

5.結束語
在多路測量信號的擴頻傳輸系統中，利用不同偽隨機碼調制不同信號，實現信號的復用和擴頻傳輸。在接收端實現系統同步后，先解調再利用相干檢測法解擴，恢復出原信號實現多路信號。該擴頻通信系統可實現多路信號的有效傳輸，具有抗干擾能力強、易保密等優點。本系統利用 DSP系統實現多路測量信號擴頻傳輸，充分利用了 DSP器件的優點和擴頻通信系統的特性，是一種有發展前途的檢測信號傳輸實現方式。
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????????????? ?????????? 圖 3 DSP系統軟件流程
本文創新點：本文在對多路測量信號的傳輸系統研究的基礎上，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多路信號復用傳輸的方法。并利用 DSP實現了多路測量信號擴頻傳輸系統，實驗結果說明該系統是可行的。