一種基于DSP的MIMO系統(tǒng)空時(shí)編碼盲識(shí)別方法

　　摘要 提出了一種基于TigerSHARC TS201S實(shí)現(xiàn)的MIMO系統(tǒng)空時(shí)編碼盲識(shí)別方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)能夠在非合作條件下，利用空時(shí)編碼在時(shí)間分集和空間分集下，所表現(xiàn)出的不同時(shí)滯相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)盲識(shí)別空時(shí)編碼方式。天線接收信號(hào)經(jīng)過預(yù)白化，時(shí)滯相關(guān)度計(jì)算，最終利用碼字表判決輸出。經(jīng)驗(yàn)證，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)，且對(duì)空時(shí)編碼方式具有較高的盲識(shí)別精度。

　　關(guān)鍵詞 數(shù)字信號(hào)處理器;多輸入多輸出系統(tǒng);空時(shí)編碼;盲識(shí)別;時(shí)滯相關(guān)

　　空時(shí)編碼(Space—Time Block Coding，STBC)是達(dá)到或接近MIMO無(wú)線信道容量的一種有效的編碼方式?？諘r(shí)編碼方式的盲識(shí)別是通信對(duì)抗領(lǐng)域需迫切研究的領(lǐng)域，其能夠?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/MIMO">MIMO系統(tǒng)對(duì)抗技術(shù)提供基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，具有重要的研究?jī)r(jià)值。

　　時(shí)滯相關(guān)算法是根據(jù)不同空時(shí)編碼的相關(guān)矩陣在不同時(shí)延統(tǒng)計(jì)下的差異性，采用逐級(jí)對(duì)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)空時(shí)編碼方式的盲識(shí)別。擁有計(jì)算精度高，抗頻偏效果好等優(yōu)點(diǎn)。文中提出一種基于ADI公司DSP芯片TigerSHARCTS201S的空時(shí)編碼盲識(shí)別方案設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)硬件框圖

　　系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。由信號(hào)處理、信號(hào)采集、電源、時(shí)鐘4部分構(gòu)成，信號(hào)采集由CPLD和ADC組成，負(fù)責(zé)完成A/D轉(zhuǎn)換，信號(hào)處理由TS201S芯片及其外設(shè)組成，用于存儲(chǔ)A/D采樣的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行空時(shí)碼盲識(shí)別運(yùn)算處理。電源模塊為其他所有模塊提供正常工作所需的電壓，時(shí)鐘模塊中由晶振和倍頻芯片組成，提供系統(tǒng)所需時(shí)鐘。

　　系統(tǒng)工作時(shí)，設(shè)備首先通電初始化，從Flash中載入用戶應(yīng)用程序，繼而通過CPLD控制ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并利用DMA中斷方式讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行編碼識(shí)別運(yùn)算。

　　1.2 TigerSHARC TS201S簡(jiǎn)介

　　TigerSHARC TS201S兼有ASIC和FPGA的信號(hào)處理性能和指令集處理器的高度可編程性與靈活性，適用于高性能、大存儲(chǔ)量的信號(hào)處理與圖像應(yīng)用。

　　TS201S內(nèi)部分為DSP核和I/O接口兩部分，通過4條總線傳輸數(shù)據(jù)、地址和控制信息。并提供完全可中斷的編程模式，支持匯編和C/C++語(yǔ)言編程，32/40位的浮點(diǎn)運(yùn)算及最高64位的定點(diǎn)運(yùn)算。在600 MHz時(shí)鐘速率下，可達(dá)到每秒48億次乘加運(yùn)算。

　　1.3 電源、時(shí)鐘和總線方案設(shè)計(jì)

　　TS201S和AD7864對(duì)電源的要求較高，以TS201S內(nèi)核時(shí)鐘500 MHz為例，4個(gè)電源VDD、VDD_A、VDD_IO、VDD_DRAM的精度要求控制在5%以內(nèi)。因此系統(tǒng)中的電源芯片采用了，其精度可達(dá)1%。

　　時(shí)鐘模塊中，晶振產(chǎn)生27 MHz時(shí)鐘通過倍頻芯片得到54 MHz時(shí)鐘后進(jìn)入CPLD，一方面作為TS201S的系統(tǒng)時(shí)鐘SCLK，另一方面在CPLD內(nèi)12分頻后作為AD7864的工作時(shí)鐘信號(hào)AD_CLK。為防止其對(duì)系統(tǒng)電源產(chǎn)生耦合干擾，晶振和倍頻芯片的電源與本板電源之間要用電感或磁珠進(jìn)行隔離。

　　在系統(tǒng)總線負(fù)載較重的情況下，設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)限制總線只能在低頻下工作甚至無(wú)法讀取數(shù)據(jù)。由于環(huán)形結(jié)構(gòu)上任一負(fù)載的變化均會(huì)影響到其他負(fù)載的工作，設(shè)計(jì)中采用了星形總線結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

　　1.4 信號(hào)采集方案設(shè)計(jì)

　　信號(hào)采集模塊由CPLD和兩片ADC組成，A/D轉(zhuǎn)換芯片采用AD公司生產(chǎn)的AD7864，其轉(zhuǎn)換精度12位，最高吞吐量520 ksample·s-1，轉(zhuǎn)換時(shí)間最快為1.65μs，采樣保持0.35μs，此外其單電源和低功耗特性最低可達(dá)20 Uw，其能夠滿足系統(tǒng)的要求，簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)。

　　信號(hào)采集前，需對(duì)AD7864的一些輸入引腳進(jìn)行配置，南Alterta公司的CPLD產(chǎn)品MAX3256完成。如圖3所示，CONVST為使能輸入引腳，置位高可控制AD7864啟動(dòng)。CS為片選信號(hào)，低電平有效。RD為讀使能，低電平有效，當(dāng)CS有效且RD為低，才允許AD7864輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果，此時(shí)WR必須為高。引腳SL1～SL4是AD7864的通道選擇輸入引腳，高電平有效。H/S SEL為高時(shí)表示將通過軟件方式來(lái)選擇A/D轉(zhuǎn)換通道，反之表示硬件選擇。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC引腳輸入低電平。

　　AD7864采用分時(shí)輸出方式，采樣信號(hào)來(lái)自TS201S的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，每次計(jì)數(shù)器滿時(shí)TMROE引腳會(huì)產(chǎn)生4個(gè)總線時(shí)鐘的高電平，CPLD中對(duì)此信號(hào)做反向后作為AD7864的CONVST信號(hào)，在數(shù)據(jù)傳輸中，片1占低位數(shù)據(jù)線，片2占高位數(shù)據(jù)線，分時(shí)可防止總線沖突。

　　1.5 顯示方案設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用FLAG PIN外接LED做為進(jìn)度顯示，DSP在執(zhí)行到不同的處理進(jìn)度時(shí)通過改變FLAG PIN口的電平控制對(duì)應(yīng)的LED導(dǎo)通，以指示當(dāng)前數(shù)據(jù)分析的步驟。圖4為外接LED的連接圖，每個(gè)FLAG PIN上的LED均不影響其他FLAG PIN接口，在LED后使用了一個(gè)上拉電阻接VCC。

　　系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，所有FLAG PIN置高電平，ADC采集完畢觸發(fā)DMA中斷，從SDRAM中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)入到預(yù)白化處理，此時(shí)FLAG PIN1至低電平，依據(jù)算法，對(duì)白化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)滯相關(guān)分析，并利用碼字表判決響應(yīng)碼型時(shí)，并分別拉低FLAG PIN2和FLAG PIN3。

　　該種方法配置靈活、軟件簡(jiǎn)單，系統(tǒng)采用4個(gè)FLAGPIN來(lái)布置顯示，DSP擁有足夠的IO接口使用，在設(shè)計(jì)時(shí)充分利用了硬件資源，同時(shí)利用DMA中斷，有效提高了CPU的效率，也實(shí)現(xiàn)了資源的共享和并行處理，同時(shí)還在芯片運(yùn)算過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并定位處理。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 空時(shí)編碼盲識(shí)別原理

　　STBC通過在時(shí)間與空間進(jìn)行聯(lián)合編碼達(dá)到提高系統(tǒng)傳輸性能的目的，因此在不同時(shí)刻從不同天線發(fā)送的數(shù)據(jù)具有一定的相關(guān)性，而不同空時(shí)編碼之間的相關(guān)度并不同，因此可利用該相關(guān)度來(lái)區(qū)分不同的碼型，從而將空時(shí)編碼的模式識(shí)別出來(lái)。