基于DSP的扩频电台基带模块的设计与实现

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。

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）。