單兵背負式短波數(shù)字通信系統(tǒng)解析

二十一世紀的戰(zhàn)爭將以數(shù)字化戰(zhàn)場為背景，而數(shù)字化戰(zhàn)場的一個重要特點是信息可以直達單個士兵。采用基于軟件無線電的思想，應用第三代數(shù)字信號處理器 TMS320C31和數(shù)模轉換芯片TLC32044等器件構成短波自適應調制解調器的硬件平臺，將其與傳統(tǒng)的模擬電臺相連接，構成了可傳輸數(shù)據(jù)信息的單兵背負式數(shù)字化電臺，通過軟件程序的編寫實現(xiàn)信息處理的一系列功能。
　　此數(shù)字化電臺不僅保留了原有的話音通信能力，而且又增加了數(shù)據(jù)通信功能。它充分利用了現(xiàn)有的短波通訊設備，并大大降低了數(shù)字化改造的成本。采用它可以將戰(zhàn)場上的各種信息轉化為數(shù)字保密代碼，通過短波無線信道發(fā)送接收，把指揮所、部隊及單個士兵緊密聯(lián)系起來，形成機動靈活的短波通信網(wǎng)路，使指戰(zhàn)員實時掌握戰(zhàn)場態(tài)勢，增加信息對抗和信息攻擊能力，從而提高部隊的戰(zhàn)斗力。
　　1 軟件無線電技術
　　隨著高速數(shù)字信號處理器（DSP）的研究開發(fā)，軟件無線電技術得到飛速發(fā)展。其基本概念是將硬件作為無線通信的基本平臺，而將盡可能多的無線及個人通信功能以軟件實現(xiàn)。其組成框圖如圖1所示。
　　
　　軟件無線電的核心是將寬帶A/D和D/A盡可能靠近天線（將A/D和D/A由基帶移到中頻甚至射頻），用實時高速DSP/CPU代替?zhèn)鹘y(tǒng)的專用數(shù)字電路做 A/D后的一系列處理，將無線通信的各種功能采用軟件進行定義。軟件無線電代表一個軟件可重構的無線電體系，它的可重構性主要體現(xiàn)在其射頻、中頻以及基帶信號處理可以通過軟件編程來控制和實現(xiàn)。其硬件平臺可以用可編程數(shù)字信號處理芯片或可重構專用功能信號處理器來實現(xiàn)。
　　2 系統(tǒng)硬件組成及工作原理
　　以TMS320C31高速信號處理器為核心，輔以相應外圍電路，構成短波自適應調制解調器，它和短波單邊帶電臺連接后，構成短波數(shù)字通信系統(tǒng)中的一個站。短波自適應控制調制解調器主要由主處理器TMS320C31、溫補晶振、高速RAM、低速EPROM、A/D、D/A轉換器、控制頻道轉換電路、液晶顯示器、按鍵等部分組成，如圖2所示。
　　
　　TMS320C31（以下簡稱C31）是TI公司生產的第一代浮點DSP芯片，具有32位的浮點精度，60納秒的單周期指令執(zhí)行時間，能進行整數(shù)、浮點及邏輯運算，總共有三套總線，即程序總線、數(shù)據(jù)總線和DMA總線，取指、讀寫數(shù)據(jù)以及DMA操作可同時進行，可以尋址16M字的空間，是目前國內應用比較廣泛的DSP芯片之一。它提供了可與外部串行設備通信的串行接口，支持8/16/24/32位數(shù)據(jù)交換，為設計A/D、D/A接口電路提供了很大的靈活性。它的程序引導功能（Bootloader）使其程序可以從低速EPROM、PROM或串行口裝入到系統(tǒng)的高速RAM中全速運行。
　　存儲器部分包括128K×32高速RAM、256K×8低速EPROM（或EEPROM）和8K×8不揮發(fā)RAM。EPROM是用戶程序存儲器，由于高速 EPROM價格昂貴，這里采用低速廉價的EPROM，開機或復位后，利用C31特有的程序自動裝載功能，自動將EPROM中的用戶程序裝載到高速RAM 中，并從用戶程序首地址開始全速運行。
　　高速RAM：由4片128K×8、速度為15納秒的SRAM組成128K×32的高速RAM區(qū)。它既作程序存儲區(qū)，又作高速數(shù)據(jù)存儲區(qū)。
　　8K×8不揮發(fā)RAM：內帶保護電路和電池，用作參數(shù)存儲器?？梢噪S時讀寫（需加等待狀態(tài)），關機后數(shù)據(jù)不丟失，用于存儲用戶地址、網(wǎng)絡參數(shù)、掃描速度及系統(tǒng)內部運行所需的一些參數(shù)。
　　短波電臺接口：TLC32044是TI公司生產的接口芯片（簡稱AIC）TLC32040系列中的一種，它集A/D、D/A于一體，具有兩個模擬輸入口和一個模擬輸出口，最高采樣頻率為19.2kHz。它用于電臺與C31之間的收發(fā)信號接口，通過C31的串行口與C31芯片連接。在程序控制下，A/D轉換器將來自電臺的模擬信號經高速采樣后傳送給CPU，由CPU運算處理和解碼后恢復數(shù)據(jù)信息。D/A轉換器的功能是將經過編碼的發(fā)送信息轉換成適合信道傳輸?shù)哪M信號經電臺發(fā)送出去。