基于DSP的OQPSK调制器设计与实现

2万 · 2014-4-30 00:19

　O 引言

　　OQPSK调制技术是继OPSK之后发展起来的一种恒包络数字调制技术，由于具有较高的频带利用率和在频带受限的系统中抗干扰性能强，被广泛地应用于移动通信和卫星通信领域。传统的OQPSK调制器都是由硬件电路来完成，存在电路复杂、体积大和功耗高等缺点。随着高速DSP处理器的应用，本文提出了一种基于DSP处理器的数字OQPSK调制器实现方案，让OQPSK调制器的大部分功能由DSP处理器执行相应的算法实现，此方案省去了大量的硬件电路，具有体积小、功耗低、稳定可靠等优点。

　　1 OQPSK调制原理简介

　　QPSK调制由于同相支路I和正交支路Q的两个比特ab可能同时发生变化，因而存在180°的相位突变，这在频带受限的系统中会引起信号包络的很大起伏，造成邻道干扰。OQPSK调制对此作了改进，它将Q支路的符号在时间上错开Tb，这样上下两个支路的相邻码元不可能同时变化，使得相邻码元相位差最大缩小至90°，从而减小了信号包络的起伏。OQPSK调制的原理如图1所示。

　　设输入的数据为{Uk}，则OQPSK已调波可以表示成：

　　式中g(t)为基带脉冲波形，为消除码间串扰且误码率最小，g(t)的波形应要求是平方根升余弦函数。为了简单起见，本文中设g(t)为矩形脉冲波形。

2万 · 2014-4-30 00:20

　2 OQPSK调制器的硬件选择

　　OQPSK调制器的硬件开发平台采用的是合众达的SEED-DEC5416嵌入式DSP开发板，其系统结构原理如图2所示。处理器是16bit定点DSP芯片TMS320VC5416，OQPSK信号的16位各样点数据送往转换精度只有14位的D／A转换控制器TLC32044，该控制器只对16位中的高14位数据进行D／A转换，转换后的波形送示波器显示。

2万 · 2014-4-30 00:20

　3 OQPSK调制的软件设计

　　主程序中首先对TLC32044芯片初始化(过程请查阅相应的PDF资料)，然后调用执行OQPSK调制子程序。下面介绍本文设计的在DSP处理器上实现OQPSK调制的方法。

　　3．1 基于DSP的OQPSK调制算法

　　设信息流为…bkakbk-1ak-1，并假定已经保存在DSP的数据存储空间中(实际应用中可以使用单片机通过HPI接口向DSP写入要发送的信息流)，其中bkakbk-1ak-1可以看成是一个字(16位)的最低4位。将输入的信息流串并转换成双比特码元，可以对信息码字每次右移动2位实现。Q支路延迟和I支路的对应关系可以采用测试ak、bk-1和bk这三位码元来完成，若测试位为O，则对正弦或余弦值取负以完成单／双极性变换的功能。因此，可以画出基于DSP的OQPSK调制算法流程，如图3所示。图3中已经假设I支路一个码元包含2个周期的余弦波，一个周期的余弦波采样32个点，变量Count用于控制信息流的长度，OQPSK_Buf缓冲区用于保存调制完成的采样点数据。

2万 · 2014-4-30 00:20

　3．2 正弦和余弦数据的获取

　　上述算法中需要正弦或余弦各点的采样值，幅度为1的正弦各点采样值大多都是小数，而16位定点DSP芯片的操作数是整数，为此要设定小数点在16位二进制数中的位置，考虑到调制后波形的最大值是，因此对正弦或余弦的数值采用Q14表示法才能满足调制后数据的范围。显然，在汇编程序中按“．word x”形式直接输入正弦和余弦的各点采样值(Q14)比较繁琐，可以用下面的一段C语言程序生成正弦采样点数据文件(程序中已将正弦载波的频率归一化)，然后在TC2．0软件的当前路径下将生成的包含文件sindata．inc移动到由软件cos2．O建立的工程文件夹内，用汇编伪指令．include将该文件包含进来即可省去繁琐的数据输入。用类似的程序也可生成需要的余弦数据文件。

　　3 OQPSK调制的软件设计

　　主程序中首先对TLC32044芯片初始化(过程请查阅相应的PDF资料)，然后调用执行OQPSK调制子程序。下面介绍本文设计的在DSP处理器上实现OQPSK调制的方法。

　　3．1 基于DSP的OQPSK调制算法

　　设信息流为…bkakbk-1ak-1，并假定已经保存在DSP的数据存储空间中(实际应用中可以使用单片机通过HPI接口向DSP写入要发送的信息流)，其中bkakbk-1ak-1可以看成是一个字(16位)的最低4位。将输入的信息流串并转换成双比特码元，可以对信息码字每次右移动2位实现。Q支路延迟和I支路的对应关系可以采用测试ak、bk-1和bk这三位码元来完成，若测试位为O，则对正弦或余弦值取负以完成单／双极性变换的功能。因此，可以画出基于DSP的OQPSK调制算法流程，如图3所示。图3中已经假设I支路一个码元包含2个周期的余弦波，一个周期的余弦波采样32个点，变量Count用于控制信息流的长度，OQPSK_Buf缓冲区用于保存调制完成的采样点数据。

2万 · 2014-4-30 00:21

3．2 正弦和余弦数据的获取

　　上述算法中需要正弦或余弦各点的采样值，幅度为1的正弦各点采样值大多都是小数，而16位定点DSP芯片的操作数是整数，为此要设定小数点在16位二进制数中的位置，考虑到调制后波形的最大值是，因此对正弦或余弦的数值采用Q14表示法才能满足调制后数据的范围。显然，在汇编程序中按“．word x”形式直接输入正弦和余弦的各点采样值(Q14)比较繁琐，可以用下面的一段C语言程序生成正弦采样点数据文件(程序中已将正弦载波的频率归一化)，然后在TC2．0软件的当前路径下将生成的包含文件sindata．inc移动到由软件cos2．O建立的工程文件夹内，用汇编伪指令．include将该文件包含进来即可省去繁琐的数据输入。用类似的程序也可生成需要的余弦数据文件。

2万 · 2014-4-30 00:21

　4 实验结果

　　首先，在软件开发环境ccs2．0(c5000)下进行OQPSK调制波形的仿真验证。将汇编语言源程序和命令连接文件一起编译、链接并装载运行，接着执行菜单命令View|Graph|Time Frenquency，打开Graph Property Dialog对话框，在该对话框中输入标题名“OQPSK调制信号波形”、变量0QPSK_Buf的起始地址0x0124(命令连接文件中将．bss段定位到DARAM的org=0060h上)，并选择数据的长度为512、数据类型为16-bit signed integer及Qvalue的值为14，然后点击该ok按钮即可将OQPSK_Buf缓冲区的已调信号的采样值生成已调信号波形，如图4所示。为了验证OQPSK调制算法及产生的波形的正确性，图5又给出了相同的16位的数据流，在matlab环境下仿真出的OQPSK已调信号波形。两图的波形完全一致，且波形的最大幅度都为。

2万 · 2014-4-30 00:21

　其次，在SEED-DEC5416硬件平台上对输出的调制波形进行验证。在附录中源程序的开始部分增加对TLC32044芯片初始化代码，然后再改用一个死循环重复将OQPSK_Buf缓冲区保存的已调信号数值依次送往该芯片，在示波器上就可观察到与图4近似完全相同的调制波形。另外，调制速率的大小可以通过从OQPSK_Buf缓冲区取数送D／A转换器后执行一段延时程序来控制。

　　5 结束语

　　本文在DSP处理器上设计实现的数字OQPSK调制器，省去了传统调制器的大量的硬件电路，具有功耗低、抗干扰能力强和软件可升级等优点。

基于DSP的OQPSK调制器设计与实现

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