基于DSP的OQPSK調(diào)制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

O 引言
    OQPSK調(diào)制技術(shù)是繼OPSK之后發(fā)展起來的一種恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)，由于具有較高的頻帶利用率和在頻帶受限的系統(tǒng)中抗干擾性能強(qiáng)，被廣泛地應(yīng)用于移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信領(lǐng)域。傳統(tǒng)的OQPSK調(diào)制器都是由硬件電路來完成，存在電路復(fù)雜、體積大和功耗高等缺點(diǎn)。隨著高速DSP處理器的應(yīng)用，本文提出了一種基于DSP處理器的數(shù)字OQPSK調(diào)制器實(shí)現(xiàn)方案，讓OQPSK調(diào)制器的大部分功能由DSP處理器執(zhí)行相應(yīng)的算法實(shí)現(xiàn)，此方案省去了大量的硬件電路，具有體積小、功耗低、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。

1 OQPSK調(diào)制原理簡介
    QPSK調(diào)制由于同相支路I和正交支路Q的兩個(gè)比特ab可能同時(shí)發(fā)生變化，因而存在180°的相位突變，這在頻帶受限的系統(tǒng)中會引起信號包絡(luò)的很大起伏，造成鄰道干擾。OQPSK調(diào)制對此作了改進(jìn)，它將Q支路的符號在時(shí)間上錯(cuò)開Tb，這樣上下兩個(gè)支路的相鄰碼元不可能同時(shí)變化，使得相鄰碼元相位差最大縮小至90°，從而減小了信號包絡(luò)的起伏。OQPSK調(diào)制的原理如圖1所示。

    設(shè)輸入的數(shù)據(jù)為{Uk}，則OQPSK已調(diào)波可以表示成：

    式中g(shù)(t)為基帶脈沖波形，為消除碼間串?dāng)_且誤碼率最小，g(t)的波形應(yīng)要求是平方根升余弦函數(shù)。為了簡單起見，本文中設(shè)g(t)為矩形脈沖波形。

2 OQPSK調(diào)制器的硬件選擇
    OQPSK調(diào)制器的硬件開發(fā)平臺采用的是合眾達(dá)的SEED-DEC5416嵌入式DSP開發(fā)板，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。處理器是16bit定點(diǎn)DSP芯片TMS320VC5416，OQPSK信號的16位各樣點(diǎn)數(shù)據(jù)送往轉(zhuǎn)換精度只有14位的D／A轉(zhuǎn)換控制器TLC32044，該控制器只對16位中的高14位數(shù)據(jù)進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的波形送示波器顯示。[!--empirenews.page--]

3 OQPSK調(diào)制的軟件設(shè)計(jì)
    主程序中首先對TLC32044芯片初始化(過程請查閱相應(yīng)的PDF資料)，然后調(diào)用執(zhí)行OQPSK調(diào)制子程序。下面介紹本文設(shè)計(jì)的在DSP處理器上實(shí)現(xiàn)OQPSK調(diào)制的方法。
3．1 基于DSP的OQPSK調(diào)制算法
    設(shè)信息流為…bkakbk-1ak-1，并假定已經(jīng)保存在DSP的數(shù)據(jù)存儲空間中(實(shí)際應(yīng)用中可以使用單片機(jī)通過HPI接口向DSP寫入要發(fā)送的信息流)，其中bkakbk-1ak-1可以看成是一個(gè)字(16位)的最低4位。將輸入的信息流串并轉(zhuǎn)換成雙比特碼元，可以對信息碼字每次右移動(dòng)2位實(shí)現(xiàn)。Q支路延遲和I支路的對應(yīng)關(guān)系可以采用測試ak、bk-1和bk這三位碼元來完成，若測試位為O，則對正弦或余弦值取負(fù)以完成單／雙極性變換的功能。因此，可以畫出基于DSP的OQPSK調(diào)制算法流程，如圖3所示。圖3中已經(jīng)假設(shè)I支路一個(gè)碼元包含2個(gè)周期的余弦波，一個(gè)周期的余弦波采樣32個(gè)點(diǎn)，變量Count用于控制信息流的長度，OQPSK_Buf緩沖區(qū)用于保存調(diào)制完成的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。

3．2 正弦和余弦數(shù)據(jù)的獲取
    上述算法中需要正弦或余弦各點(diǎn)的采樣值，幅度為1的正弦各點(diǎn)采樣值大多都是小數(shù)，而16位定點(diǎn)DSP芯片的操作數(shù)是整數(shù)，為此要設(shè)定小數(shù)點(diǎn)在16位二進(jìn)制數(shù)中的位置，考慮到調(diào)制后波形的最大值是，因此對正弦或余弦的數(shù)值采用Q14表示法才能滿足調(diào)制后數(shù)據(jù)的范圍。顯然，在匯編程序中按“．word x”形式直接輸入正弦和余弦的各點(diǎn)采樣值(Q14)比較繁瑣，可以用下面的一段C語言程序生成正弦采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)文件(程序中已將正弦載波的頻率歸一化)，然后在TC2．0軟件的當(dāng)前路徑下將生成的包含文件sindata．inc移動(dòng)到由軟件cos2．O建立的工程文件夾內(nèi)，用匯編偽指令．include將該文件包含進(jìn)來即可省去繁瑣的數(shù)據(jù)輸入。用類似的程序也可生成需要的余弦數(shù)據(jù)文件。
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4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    首先，在軟件開發(fā)環(huán)境ccs2．0(c5000)下進(jìn)行OQPSK調(diào)制波形的仿真驗(yàn)證。將匯編語言源程序和命令連接文件一起編譯、鏈接并裝載運(yùn)行，接著執(zhí)行菜單命令View|Graph|Time Frenquency，打開Graph Property Dialog對話框，在該對話框中輸入標(biāo)題名“OQPSK調(diào)制信號波形”、變量0QPSK_Buf的起始地址0x0124(命令連接文件中將．bss段定位到DARAM的org=0060h上)，并選擇數(shù)據(jù)的長度為512、數(shù)據(jù)類型為16-bit signed integer及Qvalue的值為14，然后點(diǎn)擊該ok按鈕即可將OQPSK_Buf緩沖區(qū)的已調(diào)信號的采樣值生成已調(diào)信號波形，如圖4所示。為了驗(yàn)證OQPSK調(diào)制算法及產(chǎn)生的波形的正確性，圖5又給出了相同的16位的數(shù)據(jù)流，在matlab環(huán)境下仿真出的OQPSK已調(diào)信號波形。兩圖的波形完全一致，且波形的最大幅度都為。

    其次，在SEED-DEC5416硬件平臺上對輸出的調(diào)制波形進(jìn)行驗(yàn)證。在附錄中源程序的開始部分增加對TLC32044芯片初始化代碼，然后再改用一個(gè)死循環(huán)重復(fù)將OQPSK_Buf緩沖區(qū)保存的已調(diào)信號數(shù)值依次送往該芯片，在示波器上就可觀察到與圖4近似完全相同的調(diào)制波形。另外，調(diào)制速率的大小可以通過從OQPSK_Buf緩沖區(qū)取數(shù)送D／A轉(zhuǎn)換器后執(zhí)行一段延時(shí)程序來控制。

5 結(jié)束語
    本文在DSP處理器上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字OQPSK調(diào)制器，省去了傳統(tǒng)調(diào)制器的大量的硬件電路，具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)和軟件可升級等優(yōu)點(diǎn)。