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框图如图1所示。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,其调制器框图如图3所示[4,5]。

　　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）。