基于DSP组建短波电台无线数据传输网络的系统设计

引言

利用短波信道进行数据通信，具有传输距离远、受地形限制小、不易遭受人为破坏等优点。本文通过对短波电台进行改进，提出了一种方案，用于组建一个一点对多点的星型拓扑结构无线网络，进行远距离数据传输。并根据此方案设计了基于DSP的系统软、硬件。

组网方案

在设计组网方案时需要对短波电台进行改进，为了不影响电台原有的内部硬件结构和功能，本方案设计了与短波电台音频输入/输出的接口硬件。在发送端先对数字信号做音频调制，再由电台进行二次调制到短波频段上发送，在接收端经过短波解调和音频解调得到原始的数字信号。这种改进方法适用于大多数具有语音通信功能的电台，易于移植，具有良好的经济性和通用性。

短波信道的特性直接影响组网方案的选择。由于短波通信的传输距离较远，受到的噪声干扰较强，所以本文采用了时分多址(TDMA)方式，使得在某一时刻只有一个用户发送信号，以获得较好的信噪比性能。在音频调制方式上，选择了多进制频率键控(MFSK)。在接收端使用非相干解调和平方率检波的方法对MFSK信号进行解调，这种方法不需要估计载波的相位，大大降低了系统的复杂度。发送端在发送MFSK信号之前插入时域位同步导频，用来帮助接收端获取抽样判决的位同步信息。本文利用m序列的自相关函数近似于冲击函数的特性，使用与码元等周期的m序列音频调制信号作为位同步导频。接收端在进行导频检测时，先对采样得到的信号进行顺序移位，再与本地序列作相关处理，在一个码元周期内，找到最大的相关结果与对应的时刻，作为码元结束的时刻，并由此获得位同步信息。这种方法的优点在于：无需增加额外的位同步提取电路，直接进行数字处理即可。

系统硬件设计

系统硬件总体结构

系统硬件结构主要包括五个模块：DSP模块、电源模块、模拟接口模块、异步串行接口及EPROM模块和PCI接口模块。DSP模块是系统的核心，用来完成数字信号处理算法，本文采用TMS3201VC5402(简称C5402)；电源模块利用了电台提供的12V直流电压，经过两级电源转换，产生稳定的3.3V和1.8V的电压输出，分别提供给C5402 作为I/O电源和内核电源，同时，5V的直流电压也给电路板上的其他芯片供电；模拟接口模块和电台音频口连接，用来采样音频输出信号和产生音频模拟输入信号，控制电台音频输入/输出转换键控信号PTT；异步串行接口及EPROM模块仅在用户端使用，完成与信息录入设备通信及保存用户端的程序代码 ,并在复位时自举加载；PCI接口模块仅在接收中心端使用，完成与PC机通信及接收中心端程序的自举加载。

模拟接口模块设计

系统采用10位并行A/D转换器TLV1571，该芯片的采样率最高可达1.25MSPS，功耗极低，具有两个软件可配置的控制寄存器，由触发信号控制所有的采样、转换和数据输出。采用双路8位并行D/A转换器TLC7528，该芯片设计成具有单独的片内数据锁存器，VDD=5V时的建立时间为100ns，传输延时为80ns，数据锁存与D/A转换同样由触发信号完全控制。

该模块通过地址译码把TLV1571和TLC7528分别映射到I/O空间的0x0002和0x0001，保证在C5402访问数据总线时只有一个芯片处于选通状态。在程序开始时，要对TLV1571的工作方式进行初始化，通过写入控制字0x00C0和0x0100，把它配置成为使用内部时钟、软件启动采样、二进制输出的模式。C5402将串口引脚FSX0设置为通用输出引脚，控制TLV1571的读信号/RD。在每次定时中断中产生相应的触发信号启动D/A和A/D转换，通过改变定时中断的频率就可以灵活地更改采样率和D/A转换频率。

作者：王晓宇,谢维信 西安电子科技大学,深圳大学 来源：电子设计应用