DSP實現(xiàn)HF信道8PSK信號解調(diào)

HF信道通信有明顯的優(yōu)點：可以利用較小的功率實現(xiàn)遠距離通信；通信的目標小，在戰(zhàn)時不易被摧毀，即便遭受破壞也容易修復(fù)；通信設(shè)備體積小，便于移動，靈活機動。所以，這種通信方式在軍事上獲得了大量應(yīng)用。但是，HF信道是帶寬受限的信道，射頻非常擁擠，加上電離層的變化、天波傳播的不穩(wěn)定性、多徑效應(yīng)引起的衰落以及回波現(xiàn)象等因素的影響，實現(xiàn)HF信道高速數(shù)據(jù)傳輸有很大難度。

近年來出現(xiàn)了采用移相鍵控（MPSK)調(diào)制方式的串行高速調(diào)制解調(diào)器。由于采用了串行制(數(shù)據(jù)調(diào)制在一個載頻)，這種調(diào)制解調(diào)器不存在功率分散問題，抗多徑效應(yīng)能力較強。為了克服多徑效應(yīng)，自適應(yīng)信道均衡技術(shù)的研究也取得了很大進展。其中，平方根卡爾曼算法由于具有可快速啟動、快速跟蹤信道、穩(wěn)定性好、便于調(diào)整等優(yōu)點，獲得了廣泛的應(yīng)用。

隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，DSP對數(shù)字信號的處理運算精度和速度也越來越高，特別適用于通信等實時運算要求較高的領(lǐng)域。本設(shè)計以TI公司出品的TMS320C6711數(shù)字信號處理器為核心，對A/D采樣后的基帶信號利用DSP軟件實現(xiàn)解調(diào)。解調(diào)算法包括：軟件AGC；碼同步提??；平方根卡爾曼DFE進行信道均衡；DFPLL實現(xiàn)載波跟蹤；碼元判決等。

TMS320C6711數(shù)字信號處理器具有150M外頻，運算能力為1.2GFLOPS，其片內(nèi)SRAM容量達1M位，片內(nèi)8個獨立的功能單元并行處理，可通過外部總線配置8/16/32位尋址，內(nèi)置主處理器接口，4路DMA，HPI口可方便的與主控PC機接口，實現(xiàn)高速傳輸。所有這些促成了TMS320C6711卓越的運算處理能力。

單邊帶HF信號由短波接收機接收后，解調(diào)為8PSK基帶信號。A/D變換采用AD公司生產(chǎn)的串行16位立體聲編碼器AD1847進行，其最高采樣頻率可達48KHz。基帶信號經(jīng)AD1847采樣后，串行輸入TMS320C6711DSP進行處理，解調(diào)后的碼元由HPI高速主機接口送至PC機。整個系統(tǒng)硬件簡單，解調(diào)過程主要由DSP軟件實現(xiàn)。由于采用了先進、高效的算法，加上TMS320C6711處理器卓越的性能，取得了很好的解調(diào)效果。

對于A/D采樣后的數(shù)字信號，為了實現(xiàn)全數(shù)字化解調(diào)，需要經(jīng)過數(shù)字AGC、DFE平方根卡爾曼均衡器、DFPLL、碼同步提取、判決和譯碼等軟件模塊構(gòu)成。以下對整個軟件的設(shè)計重點：平方根卡爾曼DFE和DFPLL載波跟蹤作重點說明。

平方根卡爾曼DFE原理框圖如圖1所示。由于HF信道碼間干擾嚴重，甚至存在傳輸零點，普通的橫向濾波線性均衡不可能完全消除碼間干擾，特別是無法解決傳輸零點。而DFE則可達到要求，因此選擇了DFE。

圖1采用了雙均衡器結(jié)構(gòu)。圖中的上半部分為傳統(tǒng)的DFE，下半部分的前饋橫向濾波器和反饋橫向濾波器的組合，可看作一個既有零點又有極點的濾波器。該濾波器具有與DFE相同的抽頭系數(shù)，由平方根卡爾曼算法同步調(diào)整。因此，該濾波器可以看作具有與DFE相同均衡效果的均衡器，稱為均衡器B。這樣設(shè)計的原因是由于碼元判決部分總是存在固定的延時，DFE輸出信號必須同判決反饋信號同時出現(xiàn)。首先，均衡器B的輸出解調(diào)后，得到判決反饋信號，再調(diào)整延時，使判決反饋信號與DFE輸出同步。同時求出誤差，供平方根卡爾曼算法使用。

DFE工作時總是先由接收到的同步碼等已知序列進行訓(xùn)練，在訓(xùn)練期間，DFE將內(nèi)部產(chǎn)生的理想信號作為反饋輸入信號，由平方根卡爾曼算法連續(xù)調(diào)整抽頭系數(shù)，收斂到均方誤差最小。當(dāng)殘差足夠小，均衡器被切換到直接判決模式，即由判決碼元重調(diào)制生成的參考信號作為反饋輸入，均衡器將繼續(xù)工作在均方誤差最小狀態(tài)。

如果不進行均衡，信號解調(diào)后的星座圖如圖2。星座點平均收斂度（距離理想星座點的偏差角度絕對值均值）為8.35度，有嚴重的誤碼。利用平方根卡爾曼算法均衡后的星座圖如圖3。星座點平均收斂度為3.997度。誤碼率大幅度降低了。

調(diào)整試驗信號的中心頻率，進一步實驗表明，該DFPLL的捕捉帶為9600±20Hz。

本文討論了一種基于TMS320C6711 DSP的HF信道8PSK信號解調(diào)方案，并進行了理論、設(shè)計闡述。重點論述了平方根卡爾曼DFE、DFPLL等關(guān)鍵技術(shù)的理論及軟件實現(xiàn)。試驗表明，上述算法的效率較高，利用DSP實時處理穩(wěn)定性更高、抗干擾能力強、系統(tǒng)升級和改造方便，利于實現(xiàn)HF信道的高速信號解調(diào)。DSP軟硬件技術(shù)的發(fā)展及其在HF信道解調(diào)器的應(yīng)用，必然會有力地推動短波通信向數(shù)字化、低誤碼、高速率和通信自動化方向發(fā)展?！?/font>