2. 2高頻信號(hào)處理單元

????? 主要實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻信號(hào)的放大、高頻開關(guān)和線路濾波等功能，并最終經(jīng)小型加工結(jié)合設(shè)備送往配電線路。信號(hào)的放大包括發(fā)送方向的可控增益放大(前向功率控制)，接收方向AGC的低噪聲放大部分。其中高頻開關(guān)完成收發(fā)高頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)雙工通信。同時(shí)使收發(fā)共用一個(gè)線路濾波器，這樣可以節(jié)省系統(tǒng)成本。

2．3 RS一232接口單元

????? 用戶數(shù)據(jù)接口采用RS一232標(biāo)準(zhǔn)串行口。串口的數(shù)據(jù)中斷采用邊沿觸發(fā)中斷，串口中斷程序完成用戶數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。將接收到的用戶數(shù)據(jù)暫存到CPU的發(fā)送緩沖區(qū)中，等到滿一個(gè)突發(fā)包時(shí)就發(fā)送到DSP進(jìn)行處理。

3 參數(shù)設(shè)計(jì)

3．1保護(hù)時(shí)間的選擇

????? 根據(jù)OFDM信號(hào)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，首先選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)時(shí)間，△=20μs，這能夠充分滿足在電力系統(tǒng)環(huán)境下，OFDM信號(hào)消除多徑時(shí)延擴(kuò)展的目的。

3．2符號(hào)周期的選擇

????? T>200 μs，相應(yīng)子信道間隔，f<5kHz，這樣在25kHz帶寬內(nèi)至少要?jiǎng)澐殖?個(gè)子信道。另外子信道數(shù)不能太多，增加子信道數(shù)雖然可以提高頻譜傳輸效率，但是DSP器件的復(fù)雜度也將增加，成本上升，同時(shí)還將受到信道時(shí)間選擇性衰落的嚴(yán)重影響。因此，考慮在25kHz的帶寬內(nèi)采用7個(gè)子信道。

3. 3子信道數(shù)的計(jì)算

????? 子信道間隔：

????? 各子信道的符號(hào)周期：T=250μs

????? 考慮保護(hù)時(shí)間：△=20μs，則有Ts=T+△=270μs

????? 各子信道實(shí)際的符號(hào)率：

????? 總的比特率：3.71kbps×25子信道×2b／symbol=185.5kb／s

????? 系統(tǒng)的頻譜效率：β=185.5kbps／100kHz=1.855bps／Hz<2bps／Hz

????? 可以看出，這時(shí)系統(tǒng)已經(jīng)具有較高的頻譜效率。25路話音信號(hào)總的速率與經(jīng)串并變換和4PSK映射后的各子信道上有用信息的符號(hào)率相比，每個(gè)子信道還可以插入冗余信息用于同步、載波參數(shù)、幀保護(hù)和用戶信息等。需要指出的是：

????? ①由于OFDM信號(hào)時(shí)頻正交性的限制條件，在此設(shè)計(jì)中盡管采用了25個(gè)子載波并行傳輸也只能傳25路語(yǔ)音。如果要傳8路語(yǔ)音，經(jīng)串并轉(zhuǎn)換和16QAM映射后，各個(gè)子信道上有用信息的符號(hào)率為1.855bps／Hz，最多還可以插入的冗余信息為O.145bps／Hz，在實(shí)際傳輸中這是很難保證的傳輸質(zhì)量的，因此該設(shè)計(jì)相對(duì)于M-16QAM采用4個(gè)子載波傳輸6路話音并不矛盾。

????? ②在此設(shè)計(jì)中，為冗余信息預(yù)留了較多的位，其冗余信息與有用信息的比值為0.59，大于iDEN系統(tǒng)的0.44。這是考慮到OFDM信號(hào)對(duì)于載波相位偏差和定時(shí)偏差都較為敏感，這樣就可以插入較多的參考信號(hào)以快速實(shí)現(xiàn)載波相位的鎖定、跟蹤及位同步；另一方面對(duì)引導(dǎo)符號(hào)間隔的選擇也較為靈活，在設(shè)計(jì)中選擇引導(dǎo)符號(hào)間隔L=10。?

????? ③OFDM信號(hào)調(diào)制解調(diào)的核心是DFT／IDFT算法。目前，普遍采用DSP芯片完成DFT／IDFT，因此有必要對(duì)設(shè)計(jì)所需的DSP性能進(jìn)行估計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，至少要能在250μs內(nèi)完成32個(gè)復(fù)數(shù)點(diǎn)的FFT運(yùn)算。我們知道，N個(gè)復(fù)數(shù)點(diǎn)的FFT共需要2Nlog2 N次實(shí)數(shù)乘法和3Nl0g2 N次實(shí)數(shù)加法。假設(shè)實(shí)數(shù)乘法和實(shí)數(shù)加法都是單周期指令，以32個(gè)復(fù)數(shù)點(diǎn)為例，這樣共需要800個(gè)指令周期，即20μs，因此采用TMS320VC5402能夠滿足設(shè)計(jì)要求(TMS320VC5402的單指令周期為10ns)。

?????? 綜上所述，OFDM數(shù)傳設(shè)備參數(shù)如表l所列。

4 軟件構(gòu)成

?????? 上面確定了OFDM數(shù)傳設(shè)備的主要參數(shù)及算法，下面說(shuō)明用TMS320VC5402實(shí)現(xiàn)的軟件設(shè)計(jì)及流程，如圖3所示。

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4. 1 調(diào)制部分的軟件設(shè)計(jì)

????? 此程序作為子程序被調(diào)用之前，要發(fā)送的數(shù)據(jù)已經(jīng)被裝入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并將數(shù)據(jù)區(qū)的首地址及長(zhǎng)度作為入口參數(shù)傳遞給子程序。程序執(zhí)行時(shí)，首先清發(fā)送存儲(chǔ)器，然后配置AD9708的采樣速率，之后允許串行口發(fā)送中斷產(chǎn)生，使中斷服務(wù)程序自動(dòng)依次讀取發(fā)送存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，送入AD9708變換成模擬信號(hào)。之后程序從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀取一幀數(shù)據(jù)，經(jīng)編碼，并行放入IFFT工作區(qū)的相應(yīng)位置，插入導(dǎo)頻符號(hào)并將不用的點(diǎn)補(bǔ)零。隨后進(jìn)行IFFT，IFFT算法采用常用的時(shí)域抽點(diǎn)算法DIT，蝶形運(yùn)算所需的WN可查N=512字的定點(diǎn)三角函數(shù)表得到。由于TMS320VC5402的數(shù)值計(jì)算為16位字長(zhǎng)定點(diǎn)運(yùn)算方式，所以IFFT采用成組定點(diǎn)法，既提高了運(yùn)算精度又保證了運(yùn)算速度。然后對(duì)IFFT變換后的結(jié)果擴(kuò)展加窗，并將本幀信號(hào)的前擴(kuò)展部分同上幀信號(hào)的后擴(kuò)展部分相加，加窗所需窗函數(shù)可查表得到。窗函數(shù)存放在窗函數(shù)表中，是事先利用C語(yǔ)言浮點(diǎn)運(yùn)算并將結(jié)果轉(zhuǎn)換為定點(diǎn)數(shù)存放在表中的。

????? 經(jīng)實(shí)測(cè)，從讀取串行數(shù)據(jù)到加窗工作完成最多占用75個(gè)抽樣周期(75×125μs)的時(shí)間，而發(fā)送一幀信號(hào)需512+32=544個(gè)抽樣周期(544×125μs)。這說(shuō)明C5402的運(yùn)算速度足夠滿足需要。

????? 當(dāng)上一幀信號(hào)發(fā)送完畢，程序立即將以處理好的本幀信號(hào)送入發(fā)送存儲(chǔ)器繼續(xù)發(fā)送，并通過(guò)入口參數(shù)判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢。

4. 2 解調(diào)部分的軟件設(shè)計(jì)

????? 用TMS320VC5402實(shí)現(xiàn)的流程分同步捕捉及解調(diào)兩個(gè)階段。同步捕捉階段執(zhí)行時(shí)，首先清接收存儲(chǔ)器，配置AD9057的采樣速率，然后開串行口接收中斷，使接收中斷服務(wù)程序接收來(lái)自AD9057的采樣數(shù)據(jù)并依次自動(dòng)存入接收存儲(chǔ)器。

????? 每得到一個(gè)新的樣點(diǎn)，程序先用DFT的遞推算法解調(diào)出25路導(dǎo)頻符號(hào)，并對(duì)導(dǎo)頻均衡。之后分別同參考導(dǎo)頻符號(hào)矢量600h+j600h進(jìn)行點(diǎn)積，這里用導(dǎo)頻符號(hào)矢量的實(shí)部與虛部的和代替點(diǎn)積，即可反映相關(guān)函數(shù)的規(guī)律，以簡(jiǎn)化運(yùn)算。求得25路導(dǎo)頻與參考導(dǎo)頻的相關(guān)值后暫時(shí)保存，并分別與前一個(gè)樣點(diǎn)所保存的各導(dǎo)頻相關(guān)值比較(相減)，用一個(gè)字節(jié)保存比較結(jié)果的正負(fù)號(hào)(每路導(dǎo)頻占1bit)。在處理前一個(gè)樣點(diǎn)的過(guò)程中，也用一個(gè)字節(jié)保存它同其前一樣點(diǎn)的導(dǎo)頻相關(guān)值比較的正負(fù)號(hào)。對(duì)這兩個(gè)字節(jié)進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算，即可判斷出各導(dǎo)頻是否在前一個(gè)樣點(diǎn)處出現(xiàn)峰值。倘若25路導(dǎo)頻中有20個(gè)以上的導(dǎo)頻同時(shí)出現(xiàn)峰值，則認(rèn)為該樣點(diǎn)以前的N=512個(gè)樣點(diǎn)即為捕捉到的一幀信號(hào)，程序進(jìn)入解調(diào)階段；否則等待接收新的采樣點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行同步捕捉。

????? 解調(diào)階段首先對(duì)捕捉到的幀信號(hào)進(jìn)行實(shí)信號(hào)的FFT變換，仍然采用成組定點(diǎn)法，之后進(jìn)行均衡。然后利用導(dǎo)頻算出本地抽樣時(shí)鐘的延遲τ，在計(jì)算中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)除法，可將常數(shù)分母取倒數(shù)后提前算出，作為乘法的系數(shù)。為了保證其后二維AGC的精度，計(jì)算中τ精確到O.1μs。接下來(lái)根據(jù)τ調(diào)整抽樣時(shí)鐘，程序?qū)⒄{(diào)整量通知串行口發(fā)送中斷服務(wù)程序后，繼續(xù)執(zhí)行二維AGC，而由中斷服務(wù)程序在每次中斷響應(yīng)時(shí)間發(fā)布命令，每次可以調(diào)整下一采樣時(shí)刻提前(或落后)1μs。

????? 二維AGC分兩步進(jìn)行。首先根據(jù)τ對(duì)均衡后的調(diào)制矢量進(jìn)行相位校正，這里需要利用FFT變換所使用的512字的三角函數(shù)表，用一個(gè)指針指向三角函數(shù)表的表頭，根據(jù)τ及三角函數(shù)表角度間隔算出多少路子信道才需要將指針下移一格，通過(guò)這種查表的方法可以簡(jiǎn)潔地確定各子信道的校正量。經(jīng)相位校正后，即可利用導(dǎo)頻進(jìn)行幅度校正。

????? 接下來(lái)經(jīng)判決，并／串變換及解碼即可解調(diào)出本幀數(shù)據(jù)。然后對(duì)均衡器的權(quán)值采用LMS算法進(jìn)行調(diào)節(jié)。程序通過(guò)對(duì)這部分信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的幅值門限分析，很容易判斷出是否收到了信號(hào)。若有則繼續(xù)接收；否則結(jié)束返回。

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