基于軟件無線電思想的數字通信終端接口電路設計與實現(xiàn)

1前言
軟件無線電（Software Radio）是隨著計算機技術和高速數字信號處理技術的發(fā)展迅速而發(fā)展起來的。其基本思想是將寬帶A／D及D／A變換器盡可能地靠近天線，將電臺的各種功能用一個開放性、模塊化平臺上的軟件實現(xiàn)。軟件無線電的出現(xiàn)使得無線電技術由以硬件為主的時代走向了以軟件為主的時代。事實上，它是繼模擬通信技術、數字通信技術之后的第三代無線通信技術。
　　現(xiàn)代通信無論是有線還是無線，一般都采用集中交換方式在用戶間通過交換和傳輸來實現(xiàn)點對點或點對多點的通信，但在有些特殊環(huán)境下，分布式交換系統(tǒng)在安全和可靠性方面獨具魅力。本文論述的通信系統(tǒng)就是基于這種思想設計的。該數字通信系統(tǒng)在蜂窩移動電話通信的基礎上將FDM／FDMA，TDMA、程控交換、信道掃描和分配等技術綜合為一體，因而是一種全新的有線通信產品。它不需要中央控制交換機，即可在同一對饋線上實現(xiàn)多對用戶的自動交換和通話。所有用戶終端都是基于分布智能原理而實現(xiàn)的，即每一用戶都有通信接入／撤除的支配權。因而，該系統(tǒng)具有廣泛的應用前景。圖1為該系統(tǒng)的基本網絡結構圖。
2通信終端的線路接口設計
2．1通信終端的基本功能介紹
　　通信終端是網絡上的主要設備，每一通信電話都有接入和拆除的主動權。同時不影響其它設備的正常工作。通信終端可實現(xiàn)語音、數據、傳真等多種業(yè)務接入。
　　通信終端的主要技術是軟件技術，即利用DSP和MPU等先進技術，并通過軟件來實現(xiàn)盡可能多的硬件工作，從而使設備的可靠性和靈活性大大提高，其通信終端的基本功能框圖如圖2所示。其中的DSP模塊可實現(xiàn)信道掃描、自適應均衡、調制解調、信道濾波、糾錯和加密、數據適配和功率控制等功能。系統(tǒng)管理和控制MPU模塊則可用來實現(xiàn)信令管理、數據接口、系統(tǒng)狀態(tài)管理等功能。語音處理接口模塊的作用是進行語音壓縮處理。數據接口模塊可實現(xiàn)與RS232接口的電平適配。系統(tǒng)中的供電系統(tǒng)包括DC／DC轉換和電壓監(jiān)視等。

　　由于本系統(tǒng)的通信信道是某特殊雙絞線，衰減率約20dB／km，因此，在信號傳輸10km以上時，會產生近100dB的衰減，因此，通信信道將變得非常惡劣。但它的信道幅頻特性衰減比較小，并主要分布在中頻。
　　上述的信道特點決定了該數字通信系統(tǒng)終端線路特殊的接口電路設計。
2．2數字通信終端的線路接口
　　由于該數字通信系統(tǒng)終端采用的是實時全雙工通信，因此其接口電路必須具有收發(fā)兩個通道。另外，該通信系統(tǒng)采用的是共路信令，因此其信令信道和話音信道是分開的，它們之間存在一定的保護帶。所以，線路接口電路主要由信令的兩路收發(fā)通道和話音的兩路收發(fā)通道組成。圖3所示是該數字通信終端接口電路的功能框圖。圖中，從變壓器耦合電路進來的信號經L1→B＿BPF1→L5→ADC1和從插針電路進來的信號經DAC1→CS1→B＿BPF2→L3分別組成話音信道的收發(fā)通道；而從變壓器耦合電路進來的信號經L2→N＿BPF1→L6→ADC2和從插針電路進來的信號經 DAC2→CS2→N＿BPF2→L4則分別組成了信令信道的收發(fā)通道。
3通信終端線路接口的實現(xiàn)
3．1寬帶帶通濾波電路
　　由于信道的衰減很大（20dB／km），因此在傳輸距離較長（如達到 4km）時，信號在到達接收機輸入端時將有很大（80dB）的衰減，這樣，信號將被淹沒在噪聲中，故須用一個阻帶衰減至少為60dB的帶通濾波器來濾除帶外噪聲，以提高輸入信噪比（SNR），從而減小后面軟件處理（信道均衡、上下統(tǒng)采用的是共路分開的，因此，信鄰信道干擾），同擾，因此，必須分別用兩個不同帶寬的帶通濾波器將它們分別從信道中取出，這兩個濾波器的作用除了濾除帶外噪聲外，也可同時抑制相鄰信道信號的干擾，以提高各自的輸入信噪比（SINR）。此外，ADC對模擬信號的采樣將使信號的頻譜產生周期拓延，故須用帶通濾波器對話音和信令信號的頻譜加以限制以使拓延后的信號頻譜不會發(fā)生混疊，同時，濾波器也可起到防混疊的作用。

　　本系統(tǒng)所選用的通用濾波芯片LTC1562在一片芯片內部集成了4個兩階濾波器，每個濾波器的中心頻率可調范圍為10kHz～150kHz。 LTC1562無需外部輸入時鐘，通過外接電阻和電容便可構成低通（LOWPASS）、帶通（BANDPASS）和高通（HIGHPASS）濾波器，其中心頻率（f₀）、品質因素（Q）和增益（GAIN）可用電阻編程設置，該芯片既可采用單電源（＋5V）供電，也可用雙電源（±5V）供電。LTC1562以其上述特性完全可以在本系統(tǒng)中用來構成窄帶帶通濾波器（帶寬為幾kHz）和寬帶帶通濾波器的高通濾波部分，圖4為寬帶帶通濾波器的實際電路。
　　低通濾波芯片LTC1569－7可工作在＋5V單電源條件下，其截止頻率可達300kHz，并可通過一個外接電阻改變?yōu)V波器的截止頻率。該芯片內部集成了一個10階的線性相位濾波器。由于截止頻率在200kHz以上時，利用LTC1569－7構成低通濾波器具有比通用濾波器LTC1562 更好的特性，因此，本設計選用它作為低通濾波器。