基于DSP TMS320C6416的數(shù)字下變頻技術
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該數(shù)字接收機采用主從機方式。多DSP并行處理機作為系統(tǒng)的從處理機主要負責對數(shù)據(jù)的實時處理，主處理機主要完成整機的控制、顯示及其它人機交互功能。ADC的采樣頻率為500MHz，中頻帶寬為20MHz。主處理機選用的高性能的通用微處理器，整機的數(shù)據(jù)總線可以選擇通用的PCI總線。其特點是傳輸速度快，最高可達132Mbytes/s，開發(fā)比較便捷。也可選用CPCI或VME總線，其中CPCI兼有PCI總線的優(yōu)點同時結構堅固，符合軍用標準，也可以采用VME總線結構。以上總線結構可以根據(jù)用戶的需要確定。該數(shù)字接收機的數(shù)據(jù)處理是由多DSP從處理機完成的，該從處理機的DSP個數(shù)可以根據(jù)不同用戶對算法的要求來確定，對于I、Q兩通道的數(shù)字下變頻運算需要4片C6416芯片。圖3以4片DSP為例給出了該多DSP處理機的硬件框圖。該并行處理機工作在共享存儲區(qū)方式下，SDRAM和SBSRAM是全局共享存儲區(qū)，AD和DSP之間通過FIFO按照DMA方式進行數(shù)據(jù)交換，主機不直接與DSP的HPI口連接，而是通過一個總線接口電路，采用不同的接口芯片實現(xiàn)與不同總線結構的主機接口。
3.2 數(shù)字下變頻的軟件實現(xiàn)
在該數(shù)字接收機的原理樣機階段，筆者在C6416 Simulator上實現(xiàn)了該數(shù)字下變頻算法。以一個通道為例，該軟件包括混頻和濾波抽取兩部分，考慮到算法的通用性采用了C語言，并對代碼進行了優(yōu)化。這兩部分分別在一片DSP上實現(xiàn)，其中一片實現(xiàn)混頻，一片實現(xiàn)濾波抽取。這兩片DSP采用乒乓緩存方式并行工作，其軟件流程見圖4。從圖4中可以看出DSP1實現(xiàn)混頻，存儲區(qū)SBSA及SBSB通過DMA方式實現(xiàn)的，從FIFO來的數(shù)據(jù)也通過DMA方式讀入。由于DMA方式可以在DSP運算的同時完成數(shù)據(jù)的交換，所以數(shù)據(jù)交換不占用額外的時間，實現(xiàn)了混頻和濾波抽取的并行運算。混頻運算實際就是乘法運算。通常為節(jié)省片內存儲空間可以根據(jù)正余因子的對稱性存儲半個周期的數(shù)據(jù)，但該數(shù)字接收機中，復振蕩信號的頻率為190MHz，采樣頻率為500MHz，每周期僅3.8個樣值點，所以沒有必要存儲半個周期。實際應用中存儲50個樣值點，也就是19個周期，其余的由對稱性給出。由于C6416采用16bit定點算法，為防止溢出復振蕩信號可由下式給出： W(n)=k%26;#215;sin(2πf/fs%26;#215;n） n=0,1,……,49 (1) 這里k=32767，f=190MHz，fs=500MHz，同時混頻運算的結果要右移15位，對應的C6416代碼如下： for(j=0;j>15; } 其中IN[n]為采樣數(shù)據(jù)，OUT[n]為混頻后的結果，SINNUM是復振蕩信號長度。
低通抽取濾波器實現(xiàn)的關鍵是通過合理確定抽取的位置來減少運算量。從圖1可以看出抽取是在濾波之后完成的，實際上根據(jù)變采樣率系統(tǒng)的結構互易性，抽取也可放在濾波之前。這相當于把低通濾波和抽取看作一個濾波器，則
其中K為抽取率，h(i)為低通濾波器的單位樣值響應。當>>1時，當抽取率為10時，經(jīng)實驗證明這種算法的運算時間約為先濾波后抽取運算時間的1/10。該濾波器是利用MATLAB的FDAT00l工具包設計的。設計時綜合考慮其性能及C6416的處理能力，確定此為一個17階、截止頻率為25MHz的濾波器。軟件實現(xiàn)抽取濾波時為防止溢出，采取了與混頻相似的處理方法，相應的C6416代碼如下： sum=0； for(j=0;j>15; } IN[i]=sum；其中，RATE為抽取率，H[n]為濾波器系數(shù)，HNUM為其長度。 圖5 某中頻采樣信號波形頻譜及數(shù)字下變頻后的波形頻譜為驗證以上算法的可行性，筆者在C6416 Simulator上作為大量實驗。圖5(a)、(b)分別給出了某采樣信號的波形與頻譜，該信號為簡單脈沖，頻率為201MHz；(c)、(d)分別是下變頻后的信號波形與頻譜。從圖5中可以看出下變頻后的信號有和采樣信號相同的包絡，頻率被搬移到了11MHz，其數(shù)據(jù)長度僅為采樣信號長度的1/10，可以大大減輕后續(xù)處理的運算量。對于20MHz帶寬的中頻信號，以500MHz采樣時，使用兩片C6416就可以實時實現(xiàn)一個通道（I或者Q)的數(shù)字下變頻，滿足了設計要求。采樣長度（bit定點數(shù)）采樣時間（μs）混 頻低通濾波周期數(shù)時間（μs）周期數(shù)時間（μs） 2000 4 1812 3.02 2165 3.61 4000 8 3612 6.02 4215 7.19 8000 16 7212 12.02 8615 14.35 16000 32 14412 24.02 12215 20.36 注：表中給出的混頻及低通濾波時間是10次實驗的平均結果，采樣頻率為500MHz，C6416的時鐘頻率為600MHz。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/150366.htm
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