二十一世紀(jì)的戰(zhàn)爭將以數(shù)字化戰(zhàn)場為背景,而數(shù)字化戰(zhàn)場的一個(gè)重要特點(diǎn)是信息可以直達(dá)單個(gè)士兵。采用基于軟件無線電的思想,應(yīng)用第三代數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C31和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片TLC32044等器件構(gòu)成短波自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)器的硬件平臺(tái),將其與傳統(tǒng)的模擬電臺(tái)相連接,構(gòu)成了可傳輸數(shù)據(jù)信息的單兵背負(fù)式數(shù)字化電臺(tái),通過軟件程序的編寫實(shí)現(xiàn)信息處理的一系列功能。

　　此數(shù)字化電臺(tái)不僅保留了原有的話音通信能力,而且又增加了數(shù)據(jù)通信功能。它充分利用了現(xiàn)有的短波通訊設(shè)備,并大大降低了數(shù)字化改造的成本。采用它可以將戰(zhàn)場上的各種信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字保密代碼,通過短波無線信道發(fā)送接收,把指揮所、部隊(duì)及單個(gè)士兵緊密聯(lián)系起來,形成機(jī)動(dòng)靈活的短波通信網(wǎng)路,使指戰(zhàn)員實(shí)時(shí)掌握戰(zhàn)場態(tài)勢,增加信息對(duì)抗和信息攻擊能力,從而提高部隊(duì)的戰(zhàn)斗力。

　　1軟件無線電技術(shù)

　　隨著高速數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的研究開發(fā),軟件無線電技術(shù)得到飛速發(fā)展。其基本概念是將硬件作為無線通信的基本平臺(tái),而將盡可能多的無線及個(gè)人通信功能以軟件實(shí)現(xiàn)。其組成框圖如圖1所示。

　　軟件無線電的核心是將寬帶A/D和D/A盡可能靠近天線(將A/D和D/A由基帶移到中頻甚至射頻),用實(shí)時(shí)高速DSP/CPU代替?zhèn)鹘y(tǒng)的專用數(shù)字電路做A/D后的一系列處理,將無線通信的各種功能采用軟件進(jìn)行定義。軟件無線電代表一個(gè)軟件可重構(gòu)的無線電體系,它的可重構(gòu)性主要體現(xiàn)在其射頻、中頻以及基帶信號(hào)處理可以通過軟件編程來控制和實(shí)現(xiàn)。其硬件平臺(tái)可以用可編程數(shù)字信號(hào)處理芯片或可重構(gòu)專用功能信號(hào)處理器來實(shí)現(xiàn)。

　　2系統(tǒng)硬件組成及工作原理

　　以TMS320C31高速信號(hào)處理器為核心,輔以相應(yīng)外圍電路,構(gòu)成短波自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)器,它和短波單邊帶電臺(tái)連接后,構(gòu)成短波數(shù)字通信系統(tǒng)中的一個(gè)站。短波自適應(yīng)控制調(diào)制解調(diào)器主要由主處理器TMS320C31、溫補(bǔ)晶振、高速RAM、低速EPROM、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、控制頻道轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示器、按鍵等部分組成,如圖2所示。

　　TMS320C31(以下簡稱C31)是TI公司生產(chǎn)的第一代浮點(diǎn)DSP芯片,具有32位的浮點(diǎn)精度,60納秒的單周期指令執(zhí)行時(shí)間,能進(jìn)行整數(shù)、浮點(diǎn)及邏輯運(yùn)算,總共有三套總線,即程序總線、數(shù)據(jù)總線和DMA總線,取指、讀寫數(shù)據(jù)以及DMA操作可同時(shí)進(jìn)行,可以尋址16M字的空間,是目前國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的DSP芯片之一。它提供了可與外部串行設(shè)備通信的串行接口,支持8/16/24/32位數(shù)據(jù)交換,為設(shè)計(jì)A/D、D/A接口電路提供了很大的靈活性。它的程序引導(dǎo)功能(Bootloader)使其程序可以從低速EPROM、PROM或串行口裝入到系統(tǒng)的高速RAM中全速運(yùn)行。

　　存儲(chǔ)器部分包括128K×32高速RAM、256K×8低速EPROM(或EEPROM)和8K×8不揮發(fā)RAM。EPROM是用戶程序存儲(chǔ)器,由于高速EPROM價(jià)格昂貴,這里采用低速廉價(jià)的EPROM,開機(jī)或復(fù)位后,利用C31特有的程序自動(dòng)裝載功能,自動(dòng)將EPROM中的用戶程序裝載到高速RAM中,并從用戶程序首地址開始全速運(yùn)行。

　　高速RAM:由4片128K×8、速度為15納秒的SRAM組成128K×32的高速RAM區(qū)。它既作程序存儲(chǔ)區(qū),又作高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。

　　8K×8不揮發(fā)RAM:內(nèi)帶保護(hù)電路和電池,用作參數(shù)存儲(chǔ)器。可以隨時(shí)讀寫(需加等待狀態(tài)),關(guān)機(jī)后數(shù)據(jù)不丟失,用于存儲(chǔ)用戶地址、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、掃描速度及系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行所需的一些參數(shù)。

　　短波電臺(tái)接口:TLC32044是TI公司生產(chǎn)的接口芯片(簡稱AIC)TLC32040系列中的一種,它集A/D、D/A于一體,具有兩個(gè)模擬輸入口和一個(gè)模擬輸出口,最高采樣頻率為19.2kHz。它用于電臺(tái)與C31之間的收發(fā)信號(hào)接口,通過C31的串行口與C31芯片連接。在程序控制下,A/D轉(zhuǎn)換器將來自電臺(tái)的模擬信號(hào)經(jīng)高速采樣后傳送給CPU,由CPU運(yùn)算處理和解碼后恢復(fù)數(shù)據(jù)信息。D/A轉(zhuǎn)換器的功能是將經(jīng)過編碼的發(fā)送信息轉(zhuǎn)換成適合信道傳輸?shù)哪M信號(hào)經(jīng)電臺(tái)發(fā)送出去。

　　液晶顯示器:采用MGLS12864T點(diǎn)陣式液晶顯示器,編制漢字庫以存儲(chǔ)漢字字模(即點(diǎn)陣數(shù)據(jù)),以圖形顯示方式顯示發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)。

　　小鍵盤:共20個(gè),用菜單方式選擇不同的操作功能,如輸入密鑰、鍵入數(shù)據(jù)等。各鍵的定義由軟件實(shí)現(xiàn),其參數(shù)的設(shè)置和控制功能的修改無需改變鍵盤硬件結(jié)構(gòu),只需改變相應(yīng)軟件,便于功能擴(kuò)展。

　　若干個(gè)這樣的站可以組成一個(gè)短波數(shù)字通信系統(tǒng),如圖3所示。

系統(tǒng)由一個(gè)主控站及若干個(gè)從站組成。主控站及各從站均由短波調(diào)制解調(diào)器和短波電臺(tái)組成;每個(gè)從站有自己固定的站號(hào)，且各不相同。主控站一次只能與一個(gè)從站建立鏈路，鏈路的持續(xù)時(shí)間由主控站與從站之間需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的大小而定。主控站按照一定的順序更換站號(hào),便可與不同的從站建立鏈路,從而組成一個(gè)星型短波數(shù)字通信系統(tǒng)。

　　該系統(tǒng)在電臺(tái)原有半雙工模擬明話通信的基礎(chǔ)上,增加了一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)半雙工準(zhǔn)數(shù)字話音的實(shí)時(shí)保密通信、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)半雙工各種報(bào)文的保密通信和一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)半雙工低速率雷達(dá)數(shù)據(jù)的保密通信;在模擬明話、準(zhǔn)數(shù)字話音、各種報(bào)文和雷達(dá)數(shù)據(jù)通信中,能進(jìn)行自適應(yīng)選頻、自適應(yīng)變速和自動(dòng)加解密。

　　3系統(tǒng)軟件工作流程及關(guān)鍵技術(shù)

　　該控制調(diào)制解調(diào)器采用了先進(jìn)的短波調(diào)制解調(diào)、差錯(cuò)控制和自適應(yīng)等技術(shù),減少了誤碼率,提高了通信速率,保證了通信質(zhì)量。其工作模塊流程圖如圖4所示。

　　·初始化DSP模塊:上電后,初始化程序完成一系列初始化操作,包括總線設(shè)置、中斷矢量設(shè)置、中斷控制寄存器設(shè)置、定時(shí)器初始化、串行口初始化等。

　　·自動(dòng)線路建立(即信道線路分析)模塊:在電臺(tái)預(yù)置的若干個(gè)頻道中根據(jù)線路質(zhì)量分析(LQA)情況選出最佳頻道,并在該頻道上建立通信鏈路。通信雙方停留在該頻道上,進(jìn)行通話或傳遞數(shù)據(jù)。

　　·加解密模塊:采用IDEA加密算法,對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和數(shù)字代碼進(jìn)行加密。該系統(tǒng)對(duì)傳輸?shù)睦走_(dá)數(shù)據(jù)、數(shù)字話音及報(bào)文代碼能夠自動(dòng)加密和解密,大大提高了密文的生成速度,減少了差錯(cuò),實(shí)現(xiàn)了快速保密通信。

　　·數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議模塊:利用自動(dòng)線路建立功能建立的通信鏈路,將待發(fā)數(shù)據(jù)打包后,發(fā)送給指定站。其中,滿幀數(shù)據(jù)為16包,每包36個(gè)字節(jié),前兩個(gè)字節(jié)為包號(hào)及包號(hào)的取反值,中間32字節(jié)為數(shù)據(jù),最后2個(gè)字節(jié)為此包數(shù)據(jù)的16位CRC校驗(yàn)值。發(fā)送站發(fā)完一幀數(shù)據(jù)后,接收站對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別,并返回應(yīng)答信號(hào)。應(yīng)答信號(hào)為兩個(gè)字節(jié),16位數(shù)據(jù),其中每一位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)收到的每一包數(shù)據(jù),為1則說明此包數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤,為0則接收正確。發(fā)送站收到應(yīng)答信號(hào)后,根據(jù)反饋信息將錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包打入下一數(shù)據(jù)幀進(jìn)行重傳。

　　在自適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸中采用了如下自適應(yīng)措施:

　　(1)自適應(yīng)初始速率:根據(jù)自動(dòng)線路分析時(shí)的信道質(zhì)量求出一個(gè)最佳速率作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏妓俾?進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

　　(2)自適應(yīng)變速:跟隨數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的信道質(zhì)量的變化來改變當(dāng)前的數(shù)傳速率。將數(shù)傳速率設(shè)為四個(gè)等級(jí),波特率分別為62.5、600、1200和2400。

　　(3)自適應(yīng)變頻:就是在當(dāng)前信道連最低速率都不能進(jìn)行正常通信的情況下,重新進(jìn)行所有頻道的線路分析,重新選一個(gè)最佳頻道進(jìn)行通信。

　　將現(xiàn)有的短波通信設(shè)備與高速調(diào)制解調(diào)器、輸入輸出終端設(shè)備相結(jié)合,研制成新的短波數(shù)字通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,不僅可用于軍事,還可用于公安、消防、邊防、石油及森林等單位的數(shù)據(jù)傳輸、指揮通信和報(bào)文傳遞;加裝GPS接收機(jī)后還可傳輸全球定時(shí)定位信息。它充分有效地發(fā)揮了現(xiàn)有短波電臺(tái)的性能,實(shí)現(xiàn)了屏幕顯示的全中文化,以及由此引申的重要功能——中文信息可以直傳。此項(xiàng)目的成功,為研制適合我國國情和特點(diǎn)的單兵數(shù)字化通信設(shè)備奠定了一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。