李明

（宝鸡文理学院 电子电气工程学院，陕西 宝鸡721016）

基于DPS技术的无线通信控制器设计

李明

（宝鸡文理学院 电子电气工程学院，陕西 宝鸡721016）

为了提高无线通信系统的信道均衡性和通信传输的稳定性，需要进行无线通信系统控制器设计，提出基于DSP技术的无线通信控制器设计方案，采用高速信号处理芯片ADSP21160处理器系统作为主控芯片，进行无线通信控制器的总体设计，系统的硬件组成模块包括通信信号AD模块、信号放大器、检波模块、增益放大模块、调制解调模块、主控模块和输出接口模块。对输入无线通信信号进行放大滤波处理，采用DSP进行通信信号的信道优选控制，采用内部时钟振荡器进行无线通信信号的调制解调控制，实现无线通信信道优选控制。系统测试结果表明，采用该方法进行无线通信控制，通信系统的信道均衡性较好，输出误码较低，控制品质较高。

DSP；无线通信；控制器；信道；误码率

随着高速宽带业务的进一步发展，采用无线通信技术实现数据传输成为未来通信领域发展的一个必然趋势，无线通信具有移动性好、组网简单和传输带宽较大等优点在民用通信和卫星通信等领域广泛应用[1]。在无线通信系统中，由于通信网络节点入网的自组织性，导致通信系统的信道失稳，需要进行无线通信控制器设计，通过无线通信控制器进行信道均衡控制，降低无线通信系统的输出误比特率，提高无线通信系统的数据传输质量，研究无线通信系统的控制器优化设计方法，在改善通信系统的稳定性，提高通信品质方面同样具有重要意义，研究无线通信控制器的优化设计方法受到人们的极大关注[2]。

无线通信系统的控制器作为控制通信传输的中央处理单元，对控制器的设计当前主要采用模糊控制方法，结合数字信号处理技术和信道调制解调技术实现无线通信控制[2-3]，并取得了一定的研究成果，其中，文献[4]中提出一种基于改进自适应准滑模解耦控制的无线通信系统的稳定性控制模型，通过调制解调滤波放大电路进行通信信号的放大增益控制，防止通信信号出现温度漂移失真，采用码间干扰抑制技术进行信道控制，提高无线通信信道的信道均衡性能，但该无线通信控制器采用分离元件设计，系统的集成控制性能不好；文献[5]提出一种自适应光学系统光轴抖动抑制控制器设计方法，基于DBP的DP-16QAM相干调制方法进行无线通信系统的自适应放大，通过抖动抑制方法进行无线通信实时传输系统输出优化，降低了通信系统的输出时延，但该控制器的输出误码率较大，通信保真性不好。

针对上述问题，本文提出基于DSP技术的无线通信控制器设计方案，以高速信号处理芯片ADSP21160处理器系统作为主控芯片，采用DSP集成信号处理技术进行无线通信控制器的优化设计，首先进行了控制器的总体设计，然后进行无线通信系统控制器的模块化设计，实现硬件电路开发，关键技术是采用内部时钟振荡器进行无线通信信号的调制解调控制，实现无线通信信道优选，最后进行系统仿真测试，展示了本文设计的无线通信控制器在改善无线通信质量，提高控制品质方面的优越性能。

1 控制器的总体设计构架分析

1.1 无线通信控制原理

为了实现对无线通信控制器优化设计，首先进行控制器的总体构架描述，分析无线通信控制的原理。无线通信的控制器设计主要包括了无线通信的信道均衡设计、通信信道调制设计以及直接序列扩频（Direct Sequence，DS）设计[6]，在无线通信控制器的DSP系统中，采用时钟电路进行控制器的内部振荡控制，由于ADSP-BF537带有内部时钟振荡器，采用ADSP-BF537作为外围器件，进行AD信息采样，对采样的通信信号在无线通信信道中进行放大处理，采用ISA/EISA/Micro Channel扩充总线作为控制器的局部总线控制，构建功率放大模块，通过配置正确的负载电容进行增益无线通信系统控制器的基线漂移抑制，实现信道均衡，根据上述设计原理，构建无线通信控制器的设计结构框图如图1所示。

图1 无线通信控制器的总体结构构架

1.2 控制器的核心器件选择及技术指标分析

根据上述对无线通信控制器的设计原理描述，用Linux作为微机嵌入式内核，构建无线通信控制器的开发平台，基于ARM嵌入式技术进行无线通信控制器的信息集成处理。DSP处理器的供电电压为DC 3.3 V和1.25 V，对ARM处理器采用三端线性稳压芯片LM1117进行数据滤波和缓存处理，控制器的输入数字电源采用3.3 V的直流电压作为输入电源，通过自动化检测滤波在CPU中进行微机控制，为了满足本文设计的无线通信控制器的低功耗和信道均衡调制的需求，选用PCI9054作为通信控制器的输出接口总线，选择ADI公司的高速A/D芯片AD9225作为无线通信控制器的外围时钟电路，可以精确控制高压，设计宽带基阵阻抗匹配电路进行通信信号的收发转换和功率放大，通过模拟信号预处理机进行无线通信信号的检波放大，使得控制器具有动态控制增益的功能[7]，根据系统设计需要的通信质量需求，给出本文设计的无线通信控制器的技术指标描述如下：

1）无线通信逻辑控制系统的增益放大动态范围：-20～+20 dB，动态增益码的放大量为120 dB，输出无线通信信号的幅度±10 V；

2）通过PCI桥接芯片与无线通信系统进行数据传输，DSP信号处理的控制电平为12 V，信号频谱的采样通道：8通道同步、异步输入；

3）控制器能输出多路回波信号，通信信号的时钟采样率：≥200 kHz；

4）动态增益控制码的A/D分辨率：12位（至少）；

5）D/A转换器输出的电压信号D/A分辨率：12位（至少）；

6）无线通信系统的整体D/A转换速率：≥100 MHz；

7）输出通信信号调制方式：可选，包括（CW调制、LFM调制、HFM调制等）多种形式。

2 控制器的硬件设计与实现

在进行无线通信控制器的总体设计构架分析和功能模块化设计的基础上，进行无线控制器的硬件模块化设计，本文提出基于DSP技术的无线通信控制器设计方案，采用高速信号处理芯片ADSP21160处理器系统作为主控芯片，在外部总线触发控制下，进行控制器的优化设计，系统的硬件组成模块包括通信信号AD模块、信号放大器、检波模块、增益放大模块、调制解调模块、主控模块和输出接口模块[8]，对控制器的硬件模块化设计描述如下。

2.1 通信信号AD模块

AD模块采用RFID无线射频识别技术进行信号采集，将采集的无线通信信号通过STM32型处理器进行识读和写入，输入到双向电平转换电路中并传送到给485网络或者以太网，AD模块使用ADM706S作为AD转换器，在通用PPI模式下采用外部I/O设备进行通信信道的码间干扰抑制，A/D时钟输入由CLKBUF给出，对无线通信的读取采用UHF RFID阅读器、电子标签和蓝牙设备，AD模块电路设计如图2所示。

图2 AD模块电路设计

2.2 信号放大器

为了减小系统自噪声的干扰，在AD模块的输出终端需要设计信号放大器，实现无线通信信号的功率放大功能，选择放大器型号首要考虑的因素，采用DSP控制SEL1电平，“1”表示放大100倍，输出信号的范围在±10 V之间。采用驱动模数转换器（ADC）进行系统的自激噪声抑制和检波放大，为了克服无线通信信道的码间干扰和自激影响，采用三级放大器进行逐级放大，得到本文设计的无线通信控制器的放大电路如图3所示。

图3 无线通信控制器的放大电路

2.3 检波模块

检波模块是实现通信信号的检波放大和信号调制功能，检波电路是控制器的核心电路，采用DSP芯片进行检波控制，线性动态范围-40～40 dB，考虑到输入信号幅值较低，通过低频调节使得控制器的输出端变为正电平，在抑制高频成分后，在通用外设中设定，使得无线通信信号能够逐级检波输出，并将检波输出的信号进行直扩处理[9]，消除直流偏置，使得输入端的晶振频率保持为0，采用PLC逻辑控制芯片构建并行外设接口（PPI），得到检波电路设计如图4所示。

图4 检波电路设计

2.4 增益放大模块

增益放大模块是实现无线通信的信道均衡保护功能，构建并行外设接口（PPI）实时记录数据的中断的无线通信脉冲，通过实时数据交换系统进行高频干扰耦合，设置前置运算放大器，通过调节1 uF的负载电容，配置SIC_IMASK寄存器，通过LCD控制器在模拟地间添加10 uF和通过LCD控制器执行增益放大，在微分电路中键入0.1 uF的去耦电容，实现低电压复位，使得增益放大模块的可调范围在±5%之间，增益放大模块的电路设计如图5所示。

2.5 调制解调模块

调制解调模块实现为0～5 V的双路通信信号的调制解调功能，在滤波电路中加入动态范围≥25 dB的AGC，AGC的时钟采样电路设计2个并行输入/输出外围接口，D/A的输出信号的范围是：12～24VDD，调压器输出200 ms的低脉冲，由此实现无线通信控制器的调制解调，电路设计如图6所示。

图5 增益放大模块设计

图6 调制解调模块电路设计

2.6 输出接口模块

在输出接口模块中，对输入无线通信信号进行放大滤波处理，满足4通道输入需求，信号输出的转换速度1.65 us、采用DSP进行通信信号的信道优选控制，采用DSP的运放电路AD8674进行电压控制，基于DSP的信号处理器进行无线通信信号的功率增益放大和倍频控制，输出接口采用ADUM1201与CAN总线相连，得到接口硬件设计框图如图7所示。

图7 接口硬件模块设计

通过上述模块化设计，采用内部时钟振荡器进行无线通信信号的调制解调控制，实现无线通信信道优选控制，在PCB中进行控制器的集成设计[10]，并使用Linux作为微机嵌入式内核，实现控制器的集成开发。

3 实验测试分析

为了测试本文设计的基于DSP技术的无线通信控制器在改善无线通信系统的通信质量方面的应用性能，进行系统调试和实验分析，对控制器的系统测试的开发平台是Visual DSP＋＋4.5，输入通信系统的通信信号 P（t）为频带为 2～8 kHz，带宽为 4 ms 的线性调频信号，功率放大模块的反馈系数为4000011，通信信号的调制系数（）为 10000000000 0000001001，系统的处理增益为20 dB，信道的干扰信噪比为12 dB，根据上述测试参量设定，进行通信控制性能测试，得到输出误码率对比结果如图8所示。控制响应时间对比见表1。

图8 无线通信误码率对比

表1 无线通信控制响应时间对比（单位：s）

分析上述仿真结果得知，采用本文方法进行无线通信控制的误码率较低，控制响应时延较小，说明控制的品质较高，信道均衡性更好，改善了无线通信系统的通信质量。

4 结束语

文中研究了无线通信系统的信道均衡性和通信传输的稳定性控制问题，提出基于DSP技术的无线通信控制器设计方案，采用高速信号处理芯片ADSP21160处理器系统作为主控芯片，进行无线通信控制器的总体设计，对系统的通信信号AD模块、信号放大器、检波模块、增益放大模块、调制解调模块、主控模块和输出接口模块等进行详细设计描述。采用内部时钟振荡器进行无线通信信号的调制解调控制，实现无线通信信道优选控制。系统测试结果表明，采用该方法进行无线通信控制，通信系统的信道均衡性较好，输出误码较低，控制品质较高，具有很好的应用价值。

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Design of wireless communication controller based on DPS technology

LI Ming
（Department Electronics and Electric Engineering，Baoji University of Arts and Sciences，Baoji 721016，China）

In order to improve the stability of channel equalization and communication transmission of the wireless communication system，wireless communication system needs to design the controller，the controller design scheme of wireless communication based on DSP technology，the high speed signal processing chip ADSP21160 processor as the main control chip，the overall design of a wireless communication controller，including communication module AD module signal the hardware of the system，signal amplifier，detector module，amplifier module，modulation module，main control module and output module.The input signal in wireless communication amplifying and filtering processing，channel optimization control using DSP communication signal modulation and demodulation，controlled by the internal clock oscillator signal for wireless communication，wireless communication channel optimization of control system.The test results show that using the method of wireless communication control system，the system has better channel equalization，lower output error code and higher control quality.

DSP； wireless communication； controller； channel； bit error rate

TN911

：A

：1674－6236（2017）14-0096-05

2017-01-18稿件编号：201701129

宝鸡文理学院重点项目资助（ZK16122）；宝鸡市科技计划项目（16RKX1-9）

李 明（1982—），男，陕西宝鸡人，硕士，讲师。研究方向：通信与信息系统。