基于DSP的256PPM調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言

　　FSO （ Free space optical）是指在兩個(gè)或多個(gè)終端之間，利用在空間傳輸?shù)募す馐鳛樾畔⑤d體實(shí)現(xiàn)通信，它包括深空、同步軌道、低軌道、中軌道衛(wèi)星之間、地面與衛(wèi)星之間的激光通信，是一種無需光纖進(jìn)行通信的光通信方式，結(jié)合了無線通信和光纖通信的優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代光纖通信技術(shù)的補(bǔ)充和拓展。具有頻帶寬，速率高，容量大，架設(shè)靈活便捷，適用于任何通信協(xié)議，頻譜資源豐富，傳輸保密性好，小型化等特點(diǎn)。其應(yīng)用場(chǎng)合一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)在于光收發(fā)端機(jī)的研制。采用何種調(diào)制技術(shù)是其中最為核心的問題。同OOK等其他調(diào)制技術(shù)相比，光PPM（Pulse Position Modulation）調(diào)制具有低的平均功率和較高的峰值功率，兼?zhèn)浒踩[蔽和信噪比高的特性，結(jié)合考慮其應(yīng)用場(chǎng)合，PPM調(diào)制技術(shù)在FSO系統(tǒng)中被廣泛采用。另外PPM在水下通信、光弧子通信和光纖的長(zhǎng)途或多用戶通信中也有良好的應(yīng)用前景，它的應(yīng)用具有重要的國(guó)防和商用意義。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)PPM調(diào)制技術(shù)已經(jīng)有了比較深入的研究，國(guó)外已經(jīng)將該技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)中，并取得了性能良好的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。而國(guó)內(nèi)只有少數(shù)科研單位從事這一領(lǐng)域的研究，在調(diào)制發(fā)射應(yīng)用方面，以前用接口卡、單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，這些方法要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要么調(diào)制速率跟不上，實(shí)用性差。隨著高速數(shù)字信號(hào)處理器DSP的出現(xiàn)及廣泛應(yīng)用，這些問題都可以解決。該文根據(jù)PPM調(diào)制信號(hào)的特點(diǎn)和DSP技術(shù)，提出了一種用DSP實(shí)現(xiàn) 256PPM調(diào)制的方案，包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，適合于任意時(shí)隙數(shù)和任意脈沖寬度的PPM。

　　1.PPM調(diào)制信號(hào)

　　PPM調(diào)制采用光脈沖作為載波，信源的信息控制脈沖的位置。PPM信號(hào)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　2. PPM 調(diào)制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　2.1 硬件設(shè)計(jì)

　　PPM 硬件設(shè)計(jì)框圖如圖2 所示。

　　設(shè)計(jì)一個(gè)DSP最小系統(tǒng)外加用于程序存儲(chǔ)的FLASH即可實(shí)現(xiàn)PPM的調(diào)制。DSP芯片采用 TMS320C5410，內(nèi)部RAM空間較大，一般應(yīng)用不需要外擴(kuò) RAM，工作時(shí)鐘為100MHz，六級(jí)流水，為通用高速低功耗數(shù)字信號(hào)處理芯片，外設(shè)（I/O）工作電壓為3.3V，核工作電壓為2.5V，地為數(shù)字地。電源電路采用電源芯片TPS73HD325，典型輸入電壓為＋5V，為VC5410提供＋3.3V 和＋2.5V電源輸出，在TI網(wǎng)站上可查閱到TPS73HD325具體電路連接，同時(shí)也可提供復(fù)位。JTAG 口要注意接一些上拉電阻，以便能連接得上仿真器，還要注意DSP一些沒用到的引腳也要接上拉電阻。外接FLASH的作用是將PPM調(diào)制代碼裝入其中，脫離仿真器和PC，給系統(tǒng)單獨(dú)上電，也能實(shí)現(xiàn)PPM調(diào)制。FLASH采用SST39VF400，其使用方法可參考TI上有關(guān)SST39VF400的使用手冊(cè)。限于篇幅，這里不多做介紹。最后在DSP的XF腳接上一個(gè)LED作為調(diào)制信號(hào)的輸出指示。

　　2.2 軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為256PPM，發(fā)送一節(jié)信息，包括5個(gè)同步頭，60個(gè)信息，信息值為65。激光 脈沖重復(fù)頻率為50Hz ，要求相鄰兩脈沖間隔大于20ms ，這里設(shè)時(shí)隙間隔為40μ s ，保護(hù)時(shí)隙數(shù)設(shè)為512，符合要求。利用DSP定時(shí)器產(chǎn)生40μ s 的定時(shí)，這樣可以得到準(zhǔn)確的40μ s 脈 沖寬度。首先定義幾個(gè)計(jì)數(shù)器。同步頭間隔設(shè)為512，用t0計(jì)數(shù)；同步頭個(gè)數(shù)設(shè)為5，用t1 計(jì)數(shù)；t2表示信息與保護(hù)時(shí)隙512相加的值；信息個(gè)數(shù)設(shè)為60，用t3表示。其軟件流程圖包括主程序流程圖和中斷服務(wù)程序流程圖。中斷服務(wù)程序流程如圖3所示。

　　主程序流程圖中包括初始化t0，t1，t3，定義t3個(gè)要發(fā)送的信息，設(shè)置定時(shí)中斷40μ s ，開中斷，等待中斷。定時(shí)時(shí)間到，進(jìn)入中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。

　　圖3 中斷服務(wù)程序流程圖

　　3 試驗(yàn)結(jié)果 用數(shù)字示波器觀測(cè)到的256PPM 調(diào)制試驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。每格代表10ms ，大約為256 個(gè)時(shí)隙寬度。圖中，第一和第二條線為同步時(shí)隙，間隔512× 40μ s = 20.48ms ，大約為兩格，與理論想相符；后三條為信息時(shí)隙，都與前一條間隔相等，兩格多，也與理論上信息時(shí)隙應(yīng)出現(xiàn)的間隔（512 + 65）× 40μ s 一致。

　　圖4 256PPM 調(diào)制試驗(yàn)結(jié)果