采用數(shù)字激勵(lì)器的短波發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解析

1、采用數(shù)字激勵(lì)器的短波發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【摘 要】 介紹了短波通信系統(tǒng)的組成，闡述了數(shù)字激勵(lì)器的功 能、特點(diǎn)以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，著重討論了數(shù)字激勵(lì)器在軟件上如何完成控制功能以 及它與中心控制的串行通信?！娟P(guān)鍵詞 】 數(shù)字激勵(lì)器，發(fā)信系統(tǒng)，短波通信1 引言短波波段一般指電磁波的頻率在330MHz的范圍，該波段主要用于移動(dòng)無線電話、音頻廣播、業(yè)余無線電和軍用通信等方面。數(shù)字激勵(lì)器用來對(duì)源音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，便于根據(jù)不同的工作方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行不同 的調(diào)制，這樣不僅能提高信號(hào)處理的精度，增加系統(tǒng)的靈活性，而且可適用于不同的業(yè)務(wù)要 求，增加保密性，這在軍事通信中尤為重要。本文首先介紹了發(fā)信系統(tǒng)的組成，描述了激勵(lì)器

2、的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)討論數(shù)字激勵(lì)器在軟件 上如何完成發(fā)信系統(tǒng)的控制功能以及與中心控制（簡(jiǎn)稱中控）的串行通信。2 發(fā)信系統(tǒng)概述某軍艦用短波通信的發(fā)信系統(tǒng)可分為寬帶發(fā)信分系統(tǒng)和窄帶發(fā)信分系統(tǒng)兩大部分，它們的 組成框圖分別如圖 1 、圖 2 所示。2kW寬帶發(fā)信分系統(tǒng)由多個(gè)激勵(lì)器、激勵(lì)合并器、輸入混接器、寬帶放大器、輸出混接器、 濾波器以及寬帶天線構(gòu)成，可以同時(shí)傳輸幾種信號(hào)，傳輸效率較高。窄帶發(fā)信分系統(tǒng)由激勵(lì)器、1kW固態(tài)功放、天線匹配單元和射頻天線構(gòu)成，共有兩套。采用窄帶發(fā)信機(jī)，只傳送一路信號(hào)，避免了寬帶發(fā)信機(jī)中同時(shí)傳送多路信號(hào)而造成信號(hào)之間的干 擾，提高了電磁兼容性能，這對(duì)海上軍用設(shè)備極其重要。數(shù)字

3、激勵(lì)器是整個(gè)發(fā)信系統(tǒng)的心臟，它完成信號(hào)的調(diào)制和對(duì)工作方式、輸出功率等的控 制，實(shí)現(xiàn)與發(fā)射機(jī)之間的命令傳送和狀態(tài)監(jiān)視，還實(shí)現(xiàn)與中控的遙控功能。因此，數(shù)字激勵(lì)器 不僅是信號(hào)的處理模塊，而且是整個(gè)發(fā)信系統(tǒng)的控制中心。數(shù)字激勵(lì)器的以上這些功能主要由 其內(nèi)部的控制單元在軟件上完成。3 數(shù)字激勵(lì)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)字激勵(lì)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 3所示。圖3中音頻模塊完成輸入音頻信號(hào)的濾波、放大和 A/D變換。DSP模塊是數(shù)字激勵(lì)器的核 心部分，它根據(jù)不同的工作方式對(duì)音頻總線送來的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行不同的調(diào)制，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)發(fā)信 系統(tǒng)的電平控制。DAC模塊主要完成數(shù)模轉(zhuǎn)換以及對(duì)信號(hào)的濾波和放大等。射頻模塊中完成兩 次混頻，送入

4、后選器，經(jīng)末級(jí)放大，輸岀0 2430MHz射頻信號(hào)。音頻模塊和 DAC模塊中的核心器件是藝 A/D和D/A轉(zhuǎn)換，它們分別由兩部分構(gòu)成，一部分為 藝-調(diào)制器，另一部分為數(shù)字抽取或內(nèi)插濾波器。數(shù)字激勵(lì)器中控制模塊是整個(gè)發(fā)信系統(tǒng)的智能神經(jīng)中樞，它由PC/104 嵌入式微機(jī)和外圍電路構(gòu)成，與普通 PC/AT機(jī)兼容，通過八位地址總線，八位數(shù)據(jù)總線和讀/寫等并行控制線對(duì)激勵(lì)器其它各模塊控制和監(jiān)測(cè)。4數(shù)字激勵(lì)器的控制功能對(duì)發(fā)信系統(tǒng)的發(fā)射載波頻率和工作方式等的人工設(shè)置，能大大提高系統(tǒng)工作的保密性和靈 活性。射頻的工作頻率范圍在0. 2430MHz之間可選，并且可調(diào)精度為1Hz。完成工作頻率的設(shè)置，必須向頻率合

5、成器、后選器發(fā)頻率代碼和作自動(dòng)電平控制（ALC）。一個(gè)頻率代碼由兩個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制表示，它對(duì)應(yīng)于某個(gè)載波頻率。由于存在幅度-頻率畸變，DSP對(duì)于不同工作頻率，其輸出電平有一定變化，以至于射頻輸出功率不恒定。為了使改變頻率時(shí)不影響射頻輸出 功率的大小，必須作 ALCo激勵(lì)器中有一個(gè)固定參考電平約20dBm射頻模塊的輸岀電平與這個(gè)參考電平通過一個(gè)比較器，產(chǎn)生ALC的狀態(tài)信號(hào)，CPU讀取ALC狀態(tài)獲得電平相對(duì)大小信息。開始ALC必為高電平，讓 DSP內(nèi)部衰減5dB,保證ALC為低電平，然后以 1dB步長(zhǎng)減少衰減 值，再次讀取 ALC,直至ALC為高電平；此后 DSP衰減值以0. 25dB步長(zhǎng)增加，當(dāng)

6、ALC又從高 電平跳到低電平時(shí)，結(jié)束ALCo因而，作了 ALC后，射頻輸岀幅度變化范圍僅有0 . 25dBno系統(tǒng)工作的信號(hào)類型、載波電平、路由選擇和邊帶選擇等都屬于DSP工作方式的范疇，設(shè)置其工作方式只要向 DSP對(duì)應(yīng)端口發(fā)送工作方式代碼。激勵(lì)器、標(biāo)頻以及抽樣速率等都屬于系統(tǒng)設(shè)置的范疇。由于電路工作環(huán)境的限制，系統(tǒng)中 部分芯片或模塊不能連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作，因而在硬件上應(yīng)該有一位ACTIVATE （激活）信號(hào)，當(dāng)它為高電平時(shí)，該模塊才能工作。另外，向音頻模塊發(fā)送代碼可以設(shè)置輸入選擇和監(jiān)聽選擇等功能，向射頻模塊發(fā)代碼可以 設(shè)置輸岀功率值，等等。5 數(shù)字激勵(lì)器與中控的串行通信分配控制矩陣主控方（DCM

7、是短波通信的中心控制和 target=_blank管理系統(tǒng)，它協(xié)調(diào)激勵(lì)器和收發(fā)信機(jī)之間的工作，綜合分配頻率資源，以及對(duì)從控方的狀態(tài)監(jiān)視、檢測(cè)等。DCM與從控方之間采用異步串行通信，運(yùn)用RS422 標(biāo)準(zhǔn)。PC/104嵌入式微機(jī)通信接口有兩種方法：一種是 BIOS調(diào)用和DOS系統(tǒng)調(diào)用，另一種是直 接面向8250的通信接DOS口。但BIOS調(diào)用只能用查詢方式通信，CPU的效率很低，而系統(tǒng)調(diào)用的DOS啟動(dòng)時(shí)，8250已初始化為2400波特、一個(gè)停止位、無奇偶校驗(yàn)、8位數(shù)據(jù)位，且不返回發(fā)送狀態(tài)和錯(cuò)誤碼，故也不能用在系統(tǒng)中。如果采用直接面向8250 的通信接口方法，可用中斷方式通信，且波特率等都可控制。實(shí)

8、際通信中采用的鏈路特性如表 1 所示。數(shù)據(jù)傳輸以一個(gè)信息幀為單位，每個(gè)幀由211個(gè)分幀構(gòu)成，每個(gè)分幀都表示一個(gè)命令或響應(yīng)。分幀結(jié)構(gòu)如下：其中信息類型由4個(gè)字符構(gòu)成，信息結(jié)束符為CRLF。例如DCM要設(shè)置激勵(lì)器工作在xHz,則傳輸?shù)男畔㈩愋蜑镕REQ（表示發(fā)送頻率代碼），信息參數(shù)為x，信息結(jié)束符為 CRLF。激勵(lì)器按接受的信息類型FREQ設(shè)置工作頻率為 xHz。6 結(jié)束語本文介紹的短波發(fā)射系統(tǒng)主要用于軍事通信，技術(shù)含量較高，它采用了數(shù)字信號(hào)處理技 術(shù)，使系統(tǒng)的群時(shí)延、音頻頻響、載波抑制、邊帶抑制等性能指標(biāo)均明顯提高，而這些指標(biāo)都 是單邊帶短波通信系統(tǒng)的重要指標(biāo)。由于軍事通信的需要，換頻時(shí)間要求很短，因此，作ALC速度應(yīng)盡可能地快，軟件設(shè)計(jì)時(shí)可采用折半算法。參考文獻(xiàn)1 仇玉章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口技術(shù)南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社， 19952周升峰，