基于DSP的256PPM调制系统的设计

引言

　　FSO （ Free space optical）是指在两个或多个终端之间，利用在空间传输的激光束作为信息载体实现通信，它包括深空、同步轨道、低轨道、中轨道卫星之间、地面与卫星之间的激光通信，是一种无需光纤进行通信的光通信方式，结合了无线通信和光纤通信的优点，是现代光纤通信技术的补充和拓展。具有频带宽，速率高，容量大，架设灵活便捷，适用于任何通信协议，频谱资源丰富，传输保密性好，小型化等特点。其应用场合一个关键技术在于光收发端机的研制。采用何种调制技术是其中最为核心的问题。同OOK等其他调制技术相比，光PPM（Pulse Position Modulation）调制具有低的平均功率和较高的峰值功率，兼备安全隐蔽和信噪比高的特性，结合考虑其应用场合，PPM调制技术在FSO系统中被广泛采用。另外PPM在水下通信、光弧子通信和光纤的长途或多用户通信中也有良好的应用前景，它的应用具有重要的国防和商用意义。目前国内外对PPM调制技术已经有了比较深入的研究，国外已经将该技术应用到实际系统中，并取得了性能良好的实验数据。而国内只有少数科研单位从事这一领域的研究，在调制发射应用方面，以前用接口卡、单片机来实现，这些方法要么结构复杂、要么调制速率跟不上，实用性差。随着高速数字信号处理器DSP的出现及广泛应用，这些问题都可以解决。该文根据PPM调制信号的特点和DSP技术，提出了一种用DSP实现 256PPM调制的方案，包括硬件电路设计和软件设计，该方法简单实用，适合于任意时隙数和任意脉冲宽度的PPM。

　　1.PPM调制信号

　　PPM调制采用光脉冲作为载波，信源的信息控制脉冲的位置。PPM信号结构如图1所示。

　　

　　2. PPM 调制系统的实现

　　2.1 硬件设计

　　PPM 硬件设计框图如图2 所示。

　　

　　设计一个DSP最小系统外加用于程序存储的FLASH即可实现PPM的调制。DSP芯片采用 TMS320C5410，内部RAM空间较大，一般应用不需要外扩 RAM，工作时钟为100MHz，六级流水，为通用高速低功耗数字信号处理芯片，外设（I/O）工作电压为3.3V，核工作电压为2.5V，地为数字地。电源电路采用电源芯片TPS73HD325，典型输入电压为＋5V，为VC5410提供＋3.3V 和＋2.5V电源输出，在TI网站上可查阅到TPS73HD325具体电路连接，同时也可提供复位。JTAG 口要注意接一些上拉电阻，以便能连接得上仿真器，还要注意DSP一些没用到的引脚也要接上拉电阻。外接FLASH的作用是将PPM调制代码装入其中，脱离仿真器和PC，给系统单独上电，也能实现PPM调制。FLASH采用SST39VF400，其使用方法可参考TI上有关SST39VF400的使用手册。限于篇幅，这里不多做介绍。最后在DSP的XF脚接上一个LED作为调制信号的输出指示。

　　2.2 软件设计

　　本系统设计为256PPM，发送一节信息，包括5个同步头，60个信息，信息值为65。激光 脉冲重复频率为50Hz ，要求相邻两脉冲间隔大于20ms ，这里设时隙间隔为40μ s ，保护时隙数设为512，符合要求。利用DSP定时器产生40μ s 的定时，这样可以得到准确的40μ s 脉 冲宽度。首先定义几个计数器。同步头间隔设为512，用t0计数；同步头个数设为5，用t1 计数；t2表示信息与保护时隙512相加的值；信息个数设为60，用t3表示。其软件流程图包括主程序流程图和中断服务程序流程图。中断服务程序流程如图3所示。

　　主程序流程图中包括初始化t0，t1，t3，定义t3个要发送的信息，设置定时中断40μ s ，开中断，等待中断。定时时间到，进入中断，执行中断服务程序。

　　

　　图3 中断服务程序流程图

　　3 试验结果 用数字示波器观测到的256PPM 调制试验结果如图4 所示。每格代表10ms ，大约为256 个时隙宽度。图中，第一和第二条线为同步时隙，间隔512× 40μ s = 20.48ms ，大约为两格，与理论想相符；后三条为信息时隙，都与前一条间隔相等，两格多，也与理论上信息时隙应出现的间隔（512 + 65）× 40μ s 一致。

　　

　　图4 256PPM 调制试验结果[!--empirenews.page--]

　　结束语：

　　在PPM信号结构的基础上，搭建了硬件实现平台，同时在CCS2.0环境下编程实现了调制，试验结果与理论相符合，已成功用于笔者所从事的PPM调制与解调系统设计关于调制部分的实现上。创新点：提出了一种用DSP实现256PPM调制的方案，包括硬件电路设计和软件设计，简单实用，适合于任意时隙数和任意脉冲宽度的PPM调制。