无线电信号频谱监测的多DSP模块设计与实现

无线电信号频谱监测的多DSP模块设计与实现.txt用快乐去奔跑，用心去倾听，用思维去发展，用努力去奋斗，用目标去衡量，用爱去生活。钱多钱少，常有就好！人老人少，健康就好！家贫家富，和睦就好。本文由sail_avalon贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。北京工业大学硕士学位论文无线电信号频谱监测的多DSP模块设计与实现姓名：张晶申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：曹小秋20050501摘要摘要随着无线通信技术的发展，频谱资源也变得越来越紧张。为了提高频谱资源的利用率，维护控制通道的畅通，对无线电信号进行频谱监测就成为了必要。近年来，随着软件无线电技术的发展，监钡６水平取得了很大进步。但对于频段覆盖范围较宽（２０－３０００ＭＨｚ）、扫描速度快（１ＧＨｚ／ｓ以上），并具备快速全频段实时频谱显示和记录的无线电监测接收设备，目前我国尚不能生产，国内现在已经进口的宽频段监测接收机一般也只能进行低速扫插，无法满足实际的要求。从少数发达国家进口，不仅价格昂贵，往往需要几十万美元，而且还要受到对方的出口限制，甚至技术封锁。本课题涉及的宽带数字化监测接收机在原有窄带数字化监测接收机ＶＸＩ．３５７０的基础上进行改进，增大频谱扫描的步进长度，提高监测的效率。从前面板上引出宽带中频信号，对其进行大步进扫描，得到的数据量大，要求的实时性高，对后端的ＤＳＰ模块提出了很高的要求，这就需要后面的数字信号处理部分就要做相应改动，另做～套适用于宽带扫描的快速数字信号处理方法。本文作者在对软件无线电技术做了深入研究的基础上，提出了对中频数字信号进行中频处理，基带处理，信号识别等一系列处理模块，可基本完成本项目对ＤＳＰ模块提出的要求。本文首先对总体的运算量做了整体估计，并对信号处理流程做了讨论。通过比较ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＤＳＰ以及专用ＣＰＵ的优缺点，最后作者采用ＡＤ公司的高性能数字信号处理器ＡＤＳＰ．ＴＳｌ０１。ＡＤＳＰ．ＴＳｌ０１是ＴｉｇｅｒＳＨＡＲＣ系列ＤＳＰ中的一款，具有工作频率高、浮点运算能力强大、高速度数据吞吐量以及大容量的片内存储器的特点，并且片内有专门的解决通信算法的运算单元，可直接进行Ｖｉｔｅｒｂｉ译码，非常适合于软件无线电领域。本系统首先对收到的中频数字信号进行数字下变频（Ｄｉ西ｔａｌＤｏｗｎＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ），并进行基带滤波（ＢａｓｅｂａｎｄＦｉｌｔｅｒ），得到两路正交信号Ｉ、Ｑ。分别对Ｉ、Ｑ两路信号进行处理，最后得到感兴趣的信息。在该算法的实现过程中，作者用了大量实验、仿真等手段为辅助，并在ＡＤＳＰＴＳ．１０１ＥＺ－ＫＩＴＬＩＴＥ上进行调试。本文给出了在ＶｉｓｕａｌＤＳＰ＋＋环境下进行多片ＴＳ．１０１处理器联调的过程和方法。最后，作者对ＤＳＰ编程过程中的程序优化提出了一些方法。关键词：监测接收机；软件无线电；ＤＳＰ；ＡＤＳＰ－ＴＳｌ０１；多处理器ＡｂｓｔｒａｃｔＷｊ出ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗ／ｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｒｅｓｏｕｒｃｅｂｅｃｏｍｅｓｓｃａｒｃｅ．Ｆｏｒｍａｋｉｎｇｕｓｅｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｏｕｒｃｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄｍａｋｉｎｇａｉｒｃｈａｎｎｅｌｆｒｅｅ，ｗｅｎｅｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍｍｏｕｉｔ０６ｎｇｎｅｃｅｓｓａｒｉｌｙ．Ｉｎｔｈｅｌａｓｔｆｅｗｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｒａｔｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓａｌｓｏｏｂｔａｉｎｅｄｍｕｃｈａｄｖａｎｃｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ａｒａｄｉｏｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｃｅｉｖｅｒｗｉｔｈｂｒｏａｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｃａｌｅ（２０－３０００ＭＨｚ），ｈｉｇｈｓｃａｎｎｉｎｇｒａｔｅ（ａｂｏｖｅ１ＧＨｚ／ｓ）ａｎｄｗｈｏｌｅｓｐｅｃｔｎｔｍｒｅａｌ－ｔｉｍｅｄｉｓｐｌａｙｈａｓｎｏｔｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｓｏｍｅｉｍｐｏｒｔｅｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｃｅｉｖｅｒｓｗｉｔｈｂｒｏａｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｃａｌｅｃａｌｌｏｎｌｙｓｃａｎｓｌｏｗｌｙａｎｄｃｏｕｌｄｎ’ｔｍｅｅｔａｃｔｕａｌｎｅｅｄｓ．Ｎｏｔｏｎｌｙｔｈｅｓｅｉｍｐｏｒｔｅｄｒｅｃｅｉｖｅｒｓ’ｐｒｉｃｅｉｓｈｉｇｈｂｕｔａｌｓｏｔｈｏｓｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｃｏｕｎｔｒｉｅｓｕｓｕａｌｌｙｌｉｍｉｔｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｉｅｓｏｆｉｍｐｏｒｔｅｄｒｅｃｅｉｖｅｒｓａｎｄｒｅｌａｔｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｎｏｔｏｐｅｎ．ＴｈｅｂｒｏａｄｂａｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｃｅｉｖｅｒｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｐａｐｅｒｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｏｎｔｈｅｎａｒｒｏｗｂａｎｄＶＸＩ一３５７０ｒｅｃｅｉｖｅｒ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳＣａｎｓｔｅｐ，ｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅｉｎｔｅｒｍｅｄｉｕｍｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ｓｉｇｎａｌａｃｏｍｅｓｆｒｏｍｔｈｅｆｒｏｎｔｏｆｃｈｉｐｗｉｔｈｈｉｇｈｐａｎｅｌ，ａｎｄｂｒｏａｄｂａｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｃｅｉｖｅｒｒｅｑｕｉｒｅｓｋｉｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｂｅｃａｕｓｅｏｆｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．ＴｈｅｍｏｄｕｌｅｏｆＤＳＰｈａｓｔｏｂｅｍａｄｅｓｏｍｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｔｏａｄａｐｔｔｏｔｈｅｂｒｏａｄｂａｎｄｓｃａｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｓｅｒｉａｌｏｆｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｏｄｕｌｅｓｍｅｅｔｔｈｅａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ｗｈｉｃｈｃａｌｌｐｒｏｊｅｃｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．ＴｈｅａｕｔｈｏｒｓｅｌｅｃｔｓｔｈｅｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＤＳＰＴｉｇｅｒＳＨＡＲＣＴＳ－１０１ａｆｔｅｒｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅＡＳＩＣ，ＦＰＧＡ，ＤＳＰａｎｄｔｈｅｄｅｄｉｃａｔｅｄＣＰＵＡＤＳＰ－ＴＳｌ０１ｐｒｏｖｉｄｅｓｈｉｇｈｗｏｒｋｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｓｔｒｏｎｇｆｌｏａｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙ，ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌｍｅｍｏｒｙｗｉⅡｌｌａｒｇｅｃａｐａｃｉｔｙ．Ｉｔｈａｓｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｕｎｉｔｔｏｄｅａｌｗｉｔｈｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅＶｉｔｅｒｂｉｄｅｃｏｄｉｎｇ．ＳｏｉｔａｄａｐｔｓｔｏｂｅａｐｐｌｉｅｄｔＯｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｒａｄｉｏ．Ｉｎｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｄＩＦｓｉｇｎａｌｉｓｔｏｂｃｄｉｇｉｔａｌｄｏｗｎｃｏｎｖｅｒｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎＱ，ｔｈｅｉｓｔｏｂｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄｉｎｔｅｒｅｓｔｅｄｒｅｓｕｌｔｗｉｌｌｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｂａｓｅｂａｎｄｆｔｈｅｒ．ＴｏｄｅａｌｗｉｔｈｔｈｅｓｉｇｎａｌＩａｎｄｂｅｇｅｔ．Ｔｈｅａｕｔｈｏｒｄｅｂｕｇｓ，ｅｍｕｌａｔｅｓｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｉｎｏｎｅＡＤＳＰ－ＴＳｌ０１ＥＺ－ＫＩＴＬｉｔｅａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｓｔｈｅｍｕｌｔｉｐｒｏｃｅｓｓｏｒｐｒｏｇｒａｍｉｎＶｉｓｕａｌＤＳＰ＋＋．Ｔｈｅｒｕｎｎｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｔｈｅｋｅｙｔｏｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｍａｋｅｓｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｐｒｏｇｒａｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｂｏｕｔＤＳＰｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｃｅｉｖｅｒ；ｓｏｆｅｗａｒｅｒａｄｉｏ；ＤＳＰ；ＡＤＳＰＴＳ一１０１；ｍｕｌｆｉｐｒｏｃｅｓｓｏｒ．Ｉ卜独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名器名日期州ｒｒ关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印，缩印或其它手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名秽、晒导师签名澎４．讯日期：兰！：￡第１章绪论第１章绪论１．１课题背景本课题研究的ＶＸＩ总线监测接收机用于无线电频谱监测，可以对目前用于无线电通讯的频段范围进行快速扫描监测，为无线电管理提供技术手段，也可以用于电子战等军用领域。无线电频谱涵盖从９ｋＨｚ到３０００ＧＨｚ的电磁辐射频段。频谱提供了无线电广播和电视广播、以及微波和卫星链路使用，它们传送长途电话、传真、用户电报和数据通信。它们还用于移动通信、蜂窝业务和寻呼公司，商业航空公司，出租车和货运公司，拖船公司，新建传送代理公司，建筑和房地产承包公司，石油勘探和公用事业，以及农场和零售商等。这些都有赖于专用通信系统有效的频谱管理【１１。科学高效的频谱管理对确保各种无线电频谱及静止卫星通信网络在全球范围内共用，而不产生相互间的有害干扰起着至关重要的作用。频谱监测是频谱管理的基本手段。频谱监测可以确保遵守规定的无线电通信系统的技术参数、特性及标准，合理、高效地使用无线电频谱、静止卫星轨道和无线电通信网络的最佳性能。频谱监测技术不同于无线电通信网络，在大多数情况下，它是在非最佳环境中及未知环境中进行工作的。尽管我国无线电频谱监测技术水平已经有了很大发展和进步，但对于频率覆盖范围宽（２０．３０００ＭＨｚ）、扫描速度快（１ＧＨｚ／ｓ以上）并具备快速全频段实时频谱显示和记录的无线电监测接收设备，目自Ｕ我国尚不能生产，国内现在已经进口的宽频段监测接收机～般也只能进行低速扫描，无法满足实际的需要。从少数发达国家进口不仅价格昂贵，往往需要几十万美元，而且还要受到对方的出口限制，甚至技术封锁。针对国内这一现状，本课题所涉及的宽带数字化脓测接收机具有高灵敏度、频段宽、互调要求小、宽中频带宽、可快速自动频谱扫描等优点，在频谱监测领域具有广阔的应用前景，非常适合移动和自动监测站使用。１．２软件无线电技术的发展、应用与结构软件无线电是指用软件定义的、能实现多种功能的无线电通信系统，主要是为了解决不同通信系统的互通性。基本思想是，以硬件作为其应用平台，把尽可能多的无线及个人通信的功能用软件来实现，从而将无线通信新系统、新产品的开发逐步转移到软件上来，其产值也在软件上体现出来。其最终目的是使通信系统摆脱硬件布线结构的束缚，在系统结构相对通用和稳定的情况下，北京■业大学工学硕士学位论文通过软件来实现各种功能，使得系统的改进和升级都非常方便、代价小，不同系统间很容易互连与兼容【２】。软件无线电最初起源于军事研究。１９９２年５月，ＭＩＬＴＲＥ公司的ＪｏｅＭｉｔｏｌａ在美国国家远程系统会议上首次作为军事技术提出了软件无线电（ＳｏｆｔｗａｒｅＤｅｆｉｎｅｄＲａｄｉｏ，简称为ＳＤＲ）的概念，希望用这种新技术来解决三军无线电台多工作频段、多工作方式的互通问题。从此，对软件无线电的研究在全球范围内迅速展开。软件无线电区别于传统的数字通信的关键１３１是用通用的可编程器件代替了专用的数字硬件，使通信系统摆脱了系统结构的束缚，通过软件的更新或升级、加载新的软件模块，增强了系统的灵活性、通用性，使不同通信系统问的互联和兼容更为方便。由于软件无线电具有现有无线电体制所不具备的许多优点，它有着广泛的应用前景。目前，软件无线电在国外发展迅速。１９９９年，美国国防部已完成“Ｓｐｅａｋｅａｓｙ计划”三期工程的开发，并在电子战领域得到应用。Ｓｐｅａｋｅａｓｙ系统的目标是使一个波形可编程的多频段多模电台能同时处理不同频段的信号波形（包括从ＡＭ到ＭＯＡＭ等），能兼容美军１５以上的电台的通信制式，