一款用DSP+FPGA實(shí)現(xiàn)的數(shù)字相關(guān)器

特點(diǎn)，互相關(guān)值很小。由上式可見，第二項(xiàng)是影響誤判的主要因素，此處對于誤碼率的討論不同于一般意義的QPSK+擴(kuò)頻方式，因此將采用仿真的方式對誤碼率進(jìn)行討論。

利用計(jì)算機(jī)仿真，可得到高斯噪聲下的誤碼率曲線如圖2 所示。從仿真結(jié)果看，當(dāng)SNR ≥- 20 dB 時，滿足語音通信(BER ≤10-3 ) 的要求；當(dāng)SNR ≥- 14 dB 時，滿足數(shù)據(jù)通信(BER ≤10-6 ) 的要求。

圖2 　高斯信道的誤碼性能

算法在DSP+FPGA 系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

由于數(shù)字相關(guān)模塊主要由FPGA 和DSP 來完成，因此主要的算法將嵌入進(jìn)這兩個芯片中。

DSP+FPGA 系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活，有較強(qiáng)的通用性，適合于模塊化設(shè)計(jì)，從而能夠提高算法效率；同時其開發(fā)周期較短，系統(tǒng)容易維護(hù)和擴(kuò)展，適合實(shí)時信號處理。

實(shí)時信號處理系統(tǒng)中，低層的信號預(yù)處理的數(shù)據(jù)量大，對處理速度的要求高，但運(yùn)算結(jié)構(gòu)相對比較簡單，適用于FPGA 執(zhí)行硬件實(shí)現(xiàn)，這樣能同時兼顧速度和靈活性。高層處理算法的特點(diǎn)是所處理的數(shù)據(jù)量較低層算法少，但算法的控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適用于運(yùn)算速度高、尋址方式靈活、選用通信機(jī)制強(qiáng)大的DSP 芯片來實(shí)現(xiàn)。

DSP+FPGA 系統(tǒng)的核心由DSP 芯片和可重構(gòu)器件FPGA 組成。另外還包括一些外圍的輔助電路，如存儲器、先進(jìn)先出( FIFO) 器件及FLASH ROM 等。FPGA 電路與DSP 相連，利用DSP 處理器強(qiáng)大的I/O 功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的通信。從DSP 角度看，F(xiàn)PGA 相當(dāng)于他的宏功能協(xié)處理器。外圍電路輔助核心電路進(jìn)行工作。DSP 和FPGA 各自帶有RAM ，用于存放處理過程所需要的數(shù)據(jù)及中間結(jié)果。FLASH ROM 中存儲了DSP 執(zhí)行程序和FPGA 的配置數(shù)據(jù)。先進(jìn)先出( FIFO) 器件則用于實(shí)現(xiàn)信號處理中常用到的一些操作，如延遲線、順序存儲等。

在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，DSP 采用TI 公司的C5409A ，同時采用SPANSION 公司的AM29LV200BT 作為DSP 的外掛FLASH ，存放相應(yīng)的程序； FPGA 采用的是Xilinx 公司的XCV600E ，同時采用Xilinx 公司的XC18V00 作為專用配置芯片，存放FPGA 程序；在FPGA 中將進(jìn)行FIFO 的設(shè)計(jì)，DSP 通過對FIFO 的讀取來實(shí)現(xiàn)兩塊芯片間的通信。

總體的算法分為FPGA 和DSP 部分： FPGA 的算法主要包含的功能是，產(chǎn)生AD 采樣時鐘，接收AD 數(shù)據(jù)，滑動相關(guān)，F(xiàn)IFO 構(gòu)成及DSP 中斷產(chǎn)生；DSP 含有：同步算法，判決算法。

以下是算法在各芯片中的嵌入分配示意圖，如圖3所示。

圖3 　算法在各芯片中的嵌入示意圖

FPGA 和DSP 兩部分的算法必須協(xié)同運(yùn)行，他們之間的關(guān)系是：FPGA 的算法由時鐘來驅(qū)動，每個時鐘到來時，他都要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)接收，滑動相關(guān)，將相關(guān)值推入FIFO 的操作，當(dāng)他將FIFO 置到一定程度時，則向DSP 發(fā)中斷信號；DSP 的程序在大部分時間處于一種循環(huán)等待的狀態(tài)，而他一收到FPGA 的中斷，則進(jìn)行響應(yīng)，先將FIFO 里面的若干數(shù)據(jù)讀出，然后進(jìn)行相應(yīng)的中斷處理，由DSP 完成同步處理，相關(guān)判決并實(shí)現(xiàn)基帶通信?？偟牧鞒虉D如圖4 所示。

系統(tǒng)的運(yùn)行的實(shí)測性能

正常通信時，誤碼率穩(wěn)定在1*10-5 。高斯噪聲干擾(未解擴(kuò)解調(diào)前加干擾) ，語音信號正常通信(誤碼率≤1×10-3 ) 的信干比：-17dB。在抗干擾方面，對于非瞄準(zhǔn)式單頻干擾語音信號的正常通信(誤碼率≤1×10-3 ) 的信干比：-14～-2dB(隨頻點(diǎn)有差異) ；而對于瞄準(zhǔn)式單頻干擾當(dāng)達(dá)到- 12 dB 時，仍能繼續(xù)保持語音通信。

圖4 　FPGA 及DSP 流程圖