TMS320C54X系列DSP實(shí)現(xiàn)跳頻通信網(wǎng)位同步方案

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 TMS320C54X系列DSP實(shí)現(xiàn)跳頻通信網(wǎng)位同步方案 跳頻通信是一種載頻按照一定規(guī)律變化的多頻率移頻鍵控，具有抗干擾性強(qiáng)、保密性好、頻帶利用率高的特點(diǎn)，易于兼容，便于構(gòu)成多種通信網(wǎng)。正是由于這些特點(diǎn)，跳頻通信系統(tǒng)在現(xiàn)代軍事和交通運(yùn)輸通信中得到了廣泛的應(yīng)用。國外近幾年推出了大量跳頻電臺(tái)的產(chǎn)品，如美國HAKRIS公司的中速跳頻電臺(tái)RF-5010、美國Rockwell公司的SINGARS-U超快速跳頻電臺(tái)等。這些電臺(tái)均采用微處理機(jī)控制，功能齊全，輕便靈活，操作簡(jiǎn)單。 利用跳頻圖案的良好正交性和隨機(jī)性，可以在一個(gè)寬的頻帶內(nèi)容納多個(gè)跳頻通信系統(tǒng)同時(shí)工作，將多個(gè)電臺(tái)組成通

2、信網(wǎng)絡(luò)，完成專向通信或網(wǎng)絡(luò)通信，到達(dá)頻譜資源共享的目的，從而提高頻譜的有效利用率，增加用戶通信的靈活性。短波信道是一種時(shí)變衰落信道，為保證各接收端均能在適當(dāng)時(shí)刻開展取樣判決，從而正確接收傳輸信息;短波跳頻網(wǎng)對(duì)位同步有較高的要求。因此，位同步問題是短波跳頻通信網(wǎng)中的一個(gè)重要問題。 位同步的實(shí)現(xiàn)方式很多，如常用的插入導(dǎo)頻法和自同步法等。本文提出了一種新的同步方案隙同步的概念，并基于TI 公司TMS320C54X系列DSP，采用TMS320匯編語言對(duì)該隙同步方案開展了硬件仿真和數(shù)值分析。 1 跳頻網(wǎng)位同步原理 在跳頻通信系統(tǒng)中，為了正確接收數(shù)據(jù)，接收端必須提供一個(gè)作為取樣判決用的定時(shí)脈沖序列。該序列

3、的重復(fù)頻率與碼元速率相同，相位與 佳判決時(shí)刻一致。因此，跳頻通信系統(tǒng)位同步過程就是指收發(fā)兩地跳頻速率與起始相位的偏差在允許的范圍內(nèi)（通常小于1/2個(gè)碼元）提取正確的定時(shí)脈沖序列的過程?；谔l信號(hào)的特點(diǎn)，本文提出了一種隙同步的方法，可以較好解決短波跳頻系統(tǒng)位同步問題。 1.1 隙同步原理 某段時(shí)間間隔內(nèi)的跳頻信號(hào)波形如圖1所示。 圖1 跳頻信號(hào)波形 由圖1可見，相鄰兩個(gè)跳頻信號(hào)的載頻頻率是不同的，而且兩個(gè)載頻交界處的相位通常并不連續(xù)，存在突變。隙同步原理就是利用了跳頻信號(hào)的這個(gè)特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)位同步的。 在圖1中，從t0時(shí)刻開始提取一個(gè)碼元長度的信號(hào)，通常在該段信號(hào)內(nèi)包含著一個(gè)躍變點(diǎn)。若不存在躍變點(diǎn)

4、，即碼元準(zhǔn)確同步，則跳頻信號(hào)的幅度譜表現(xiàn)為如圖2所示的單音信號(hào)形式。 圖2 同步時(shí)跳頻信號(hào)幅度譜 若在該段信號(hào)內(nèi)存在躍變點(diǎn)，則信號(hào)的幅度譜將有所不同，在載頻頻率f0之外還有一些因躍變而產(chǎn)生的頻率分量fi、fj等，這些分量的幅度較之f0要小得多，如圖3所示。 圖3 不同步時(shí)跳頻信號(hào)幅度譜 由此可見，通過分析信號(hào)的幅度譜，可以判斷躍變點(diǎn)的位置。具體而言，首先對(duì)信號(hào)均勻抽樣得到長度為N的離散信號(hào)序列，對(duì)該離散序列開展快速傅立葉變換（FFT）得到其幅度譜，然后通過比較載頻頻率f0與相位躍變所產(chǎn)生頻率分量的幅度，即可以判斷信號(hào)是否同步。若因相位躍變而產(chǎn)生的頻率分量的幅度之和為0，則說明信號(hào)已同步;否則，

5、將信號(hào)延遲若干點(diǎn)，繼續(xù)作N點(diǎn)FFT，直到信號(hào)同步。 以上討論不存在噪聲干擾的理想情況。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，噪聲時(shí)刻存在，這使得信號(hào)即使同步了，除載頻f0以外的各頻率分量的能量也不會(huì)為0。但是在環(huán)境不十分惡劣的情況下，即當(dāng)信號(hào)沒有完全淹沒在噪聲中時(shí)，上述原理仍然適用。 1.2 隙同步實(shí)現(xiàn)方法 基于上述隙同步原理，本文設(shè)計(jì)了如下的同步點(diǎn)尋找方法： （1） 以t0時(shí)刻為起始點(diǎn)取一段跳頻信號(hào)，對(duì)該段跳頻信號(hào)開展A/D轉(zhuǎn)換得到離散信號(hào)序列。 （2） 從所得信號(hào)序列中順序取出一個(gè)碼片長度（N點(diǎn)）的信號(hào)，開展N點(diǎn)FFT運(yùn)算得到該部分信號(hào)幅度譜。若該幅度譜中峰值對(duì)應(yīng)的頻率分量是約定頻率之一，則將除該頻率分量以

6、外的所有頻率分量的幅度求平方和，并記為a1，然后延遲W點(diǎn)（一般取W使N/W為整數(shù)），順序取出N點(diǎn)信號(hào)，重復(fù)以上過程，直到完成N/W次（一個(gè)碼片長度）的分析，所得的幅度和依次記為a2，a3，aN/W。若該幅度譜中峰值對(duì)應(yīng)的頻率分量不是約定的頻率之一，則延遲W點(diǎn)取出后續(xù)的N點(diǎn)信號(hào)，重復(fù)上述操作。 （3） 從所得到的a1，a2，aN/W中取一個(gè) 小值ai，并將該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻（即點(diǎn)序號(hào)）記為A1，初步認(rèn)為該時(shí)刻即為同步點(diǎn)。A1可以根據(jù)下式計(jì)算，即 A1=startpoint+（i-1）W（1） （4） 重復(fù)（2）、（3）步驟，進(jìn)一步得到A2、A3值。然后比較A1與A2、A2與A3的距離是否為一個(gè)碼元的

7、長度，若是，則說明所取同步點(diǎn)A1正確。 2 隙同步TMS320算法設(shè)計(jì) 2.1 隙同步程序 根據(jù)上述隙同步原理和同步點(diǎn)尋找方法，本文采用TI公司TMS320C54X系列DSP芯片開展硬件仿真，具體程序流程圖如圖4所示。 圖4 隙同步程序流程圖 為了便于數(shù)值仿真分析，本文將FFT運(yùn)算所用到的余弦表值模擬為跳頻信號(hào)的A/D輸入數(shù)據(jù)，并規(guī)定一個(gè)碼元周期內(nèi)信號(hào)抽取點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)。具體輸入數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)如下：每個(gè)頻率的數(shù)值表占用256個(gè)存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)順序依次為選定頻率的基頻、倍頻、4倍頻、8倍頻和16倍頻值。 輸入數(shù)據(jù)送入以addr1為首地址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中，偶地址單元存儲(chǔ)實(shí)部，奇地址單元存儲(chǔ)虛部。指定C3為延

8、遲指針，用于指定點(diǎn)搜索的起始位置。每次點(diǎn)搜索過程由程序控制將從地址（addr1+C3）開始的256個(gè)單元的數(shù)據(jù)送入FFT模塊開展幅度譜分析，本文中C3每次移動(dòng)8個(gè)數(shù)據(jù)單元。在判斷峰值頻率是否為約定頻率之一時(shí)，通過約定頻率的存儲(chǔ)器位置開展判決，本文選取8個(gè)約定頻率。 C1和C2為運(yùn)算次數(shù)計(jì)數(shù)器。當(dāng)C132時(shí)，表示已經(jīng)完成一個(gè)碼元長度的同步點(diǎn)搜索，可以開始尋找32個(gè)和值中的 小值，否則繼續(xù)計(jì)算。C2用于計(jì)算尋找到的同步點(diǎn)的個(gè)數(shù)。本文采用3個(gè)同步點(diǎn)輔助判斷，因此，當(dāng)C23時(shí)即可開展同步判決。若同步成功，在程序結(jié)束時(shí)將地址大于3000的10個(gè)單元置1。 2.2 FFT算法設(shè)計(jì) 上述同步點(diǎn)尋找算法是一種

9、基于信號(hào)頻譜分析的幅度同步方法，對(duì)信號(hào)的幅度譜分析主要是利用快速傅立葉變換（FFT）算法完成的。因此，F(xiàn)FT算法的設(shè)計(jì)對(duì)上述隙同步方法是至關(guān)重要的。 按時(shí)間抽取FFT（DIT-FFT）算法是FFT算法的一種。它通過不斷地把時(shí)間序列N點(diǎn)x（n）按照序號(hào)n奇偶性分解為偶序列和奇序列，并開展Llog2N級(jí)蝶形運(yùn)算，從而減少乘法和加法的運(yùn)算次數(shù)，盡可能地減小運(yùn)算量。 DFT變換式為： 式（3）中，X1（k）和X2（k）分別為偶序列和奇序列的N/2點(diǎn)DFT。由此可見，只要求出0到（N/2-1）區(qū)間內(nèi)的所有X1（k）和X2（k）值，即可求出0到（N-1）內(nèi)所有X（k）值，這就大大節(jié)省了運(yùn)算。 利用蝶形信號(hào)流圖，（3）式可以表示為如圖5所示的蝶形運(yùn)算形式。 圖5 蝶形運(yùn)算單元 對(duì)于N點(diǎn)的FFT運(yùn)算，共包含有L=log2N級(jí)蝶形運(yùn)算。通過不斷對(duì)序列開展奇偶序列分解，即可以得到N點(diǎn)FFT運(yùn)算的流圖。根據(jù)DIT-FFT算法的特點(diǎn)可知FFT程序設(shè)計(jì)有如下三個(gè)關(guān)鍵的問題： （1）輸入序列應(yīng)該是反序輸入，即按照序號(hào)n的比特反轉(zhuǎn)值輸入; （2）與各級(jí)蝶形單元相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子值確實(shí)定; （3）蝶形單元的控制，包括輸入數(shù)據(jù)的讀取、輸出數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及時(shí)序控制等。 FFT算法的流程圖如圖6所示。 圖6 FFT算法的流程圖 根據(jù)短波跳頻信號(hào)的特點(diǎn)，本文提出了一種新的跳頻通信網(wǎng)位同步方案隙同步的方法，并基于TI公司TMS