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基于DSP的电力线载波OFDM调制解调器

发布时间:2022-09-27 06:58:23 来源:电竞平台 作者:电竞平台官方入口

  利用电力线作为信道进行通信是解决最后一公里问题的一个很好的方法。然而电力线作为通信信道,存在着高噪声、多径效应和衰落的特点。OFDM技术能够在抗多径干扰、信号衰减的同时保持较高的数据传输速率,在具体实现中还能够利用离散傅立叶变换简化调制解调模块的复杂度,因此它在电力线高速通信系统中的应用有着非常乐观的前景。文中给出一种基于正交频分复用技术(OFDM技术)的调制解调器的设计方案。

  OFDM全称为正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing),其基本思想是把高速数据流经过串/并变换,分成几个低比特率的数据流,经过编码、交织,它们之间具有一定的相关性,然后用这些低速率的数据流调制多个正交的子载波并迭加在一起构成发送信号。每个数据流仅占用带宽的一部分,系统由许多子载波组成。在接收端用同样数量的载波对发送信号进行相干接收,获得低速率信息数据后,再通过并/串变换得到原来的高速信号。从而降低子载波上的码率,加长码元的持续时间,加强时延扩展的抵抗力。 在OFDM中,为了提高频带利用率,令各载波上的信号频谱相互重叠,但载波间隔的选择要使这些载波在整个符号周期上正交,即相加于符号周期上的任何两个子载波乘积为零。这样,即使各载波上的信号频谱间存在重叠,也能无失真复原。当载波间最小间隔等于符号周期的倒数的整数倍时,可满足正交性条件。实际上为实现最大频谱效率,一般取载波间最小间隔等于符号周期的倒数。 OFDM允许各载波间频率互相混叠,采用了基于载波频率正交的IFFT/FFT调制,直接在基带处理。1971年,Weinstein和Ebert将DFT引入到并行传输系统的调制解调部分。应用时去掉了频分复用所需要的子载波振荡器组、解调部分的带通滤波器组,并且可以利用FFT的专用器件实现全数字化的调制解调过程。 OFDM技术具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强、易于实现等优点,尤其适于多径效应严重的宽带传输系统,是一门具有发展前景、非常适合电力线高速数字通信的新兴技术。

  Homeplug是工业界第一个电力线家庭网络标准。系统参考Homeplug采用的频谱范围4.5MHz~21MHz,并在Homeplug物理参数的基础上确定本系统参数为:

  由于加入了11.47μs的循环前缀,系统可以消除11.47μs以内的回波干扰。但是同时也付出频带利用率仅0.59B/Hz和损失功率2.23dB的代价。考虑到电力线恶劣的通信环境,付出的代价是值得的。

  电力线高速通信系统的系统结构如图1所示。输入数据在OFDM信号调制部分依次经过串/并变换、IFFT、加入循环前缀、并/串变换后,输出调制后的信号,其频带范围为0~15MHz、数据速率为8.97MB。经过调制的信号经过数/模变换和上变频后,通过系统耦合部分进入电力线。 电力线上的信号通过系统耦合部分,输出的信号通过下变频、模/数变换后输入给OFDM信号解调部分。在经过串/并变换、去除循环前缀、FFT、并/串变换后,输出串行数据流。

  基于TMS320C6201的OFDM调制解调器的硬件实现分别如图2和图3所示。PCI总线实现OFDM系统和计算机之间的通信。S5933是32bit PCI控制器。FPGA是系统的控制核心,系统的逻辑控制信号及时钟由FPGA提供。DSP部分为系统的核心,完成OFDM的调制与解调。 PCI总线bits的地址数据复用线,支持猝发传输,数据率为132Mbps,可满足高速数据要求。PCI总线能自动配置参数,定义配置空间,使设备具备自动配置功能,支持即插即用,采用多路复用技术,支持多处理器64位寻址、5V和3.3V环境。其独特的同步操作及对总线主控功能,可确保CPU能与总线同步操作,而无需等待总线是AMCC(Applied Micro Circuits Corporation)公司开发的32bit PCI控制器,具备强大、灵活的PCI接口功能,适用于高速数据传输场合。S5933芯片的特点是符合PCI2.1规范,支持PCI主、从两种工作方式,支持多种数据传输方式,适用于不同的数据传输场合,支持PCI全速传输,提供8/16/32bit的Add-On用户总线,有高低字节顺序调整功能,支持穿行和并行的BOOT/POST码功能,160脚PQFP封装。

  DSP部分选用TI公司的TMS320C6201。TMS320C6201有32位的外部存储接口EMIF,为CPU访问外围设备提供了无缝接口。为了便于多信道数字信号处理,TMS320C6201配备了多信道带缓冲能力的串口McBSP。McBSP的功能非常强大,除具有一般DSP串口功能之外,还可以支持T1/E1、ST-BUS、IOM2、SPI、IIS等不同标准。TMS32C6201提供的16位主机接口(HPI)使得主机设备可以直接访问DSP的存储空间。通过内部或外部存储空间,主机可以与DSP交换信息,也可以利用HPI直接访问映射进存储空间的外围设备。TMS320C6201的DMA控制器有四个独立的可编程通道,可以同时进行四种不同的DMA操作。

  调制部分的子程序被系统调用前,发送的数据已装入数据存储器。子程序被调用时,数据区的首地址以及长度被作为入口参数传递给子程序。程序执行时首先进行一系列的配置工作,如配置DSP片内外设以及数模转换器的各种参数等。之后,串口中断产生,中断服务程序自动依次读取发送存储器中的内容,经串口输出给数模转换器。然后程序从数据存储区读取一帧数据,并行放入IFFT工作区的相应位置,随后进行IFFT以及加入循环前缀(即复制数据的后若干位插入到数据的前段)。所得数据存入发送存储器以便中断服务程序将其输出。解调部分的程序首先执行DSP片内外设以及模数转换器的配置,然后开串行口,接收中断,使接收中断程序接收来自模数转换器的采样数据,并将采样数据依次存入接收存储器。每得到一帧数据,程序首先去除循环前缀(即删去数据的前若干位),然后对去除循环前缀后的数据进行FFT变换。

  表1给出256点Radix2FFT和Radix4FFT在TMS320C6201上所需的指令周期,以及在不同的工作频率下完成FFT所需的时间。 由表1可以看出,在TMS320C6201上采用Raidx4算法比采用Radix2算法更加高效。并且,为了满足系统需求,即在17.07μs之内完成256个复数点的FFT运算,TMS320C6201必须采用200MHz的工作频率。

  TMS320C6201的数据通路和流水线工作方式是对算法进行优化从而获得高性能的基础。TMS320C6201有两个可以进行数据处理的数据通路A和B,每个通路有4个功能单元(.L.S.M.D)和一个包括16个32位寄存器的寄存器组。功能单元执行逻辑、位移、乘法、加法和数据寻址等操作。两个数据寻址单元(.D1和.D2)专门负责寄存器组和存储器之间的数据传递。在同一时刻,这些功能单元能够并行地执行多条指令。TMS320C6201对任何指令的操作都能分为几个子操作,每个子操作由不同单元完成。对每个单元来说,每个时钟周期可进入一条新指令,这样在不同周期内,不同单元可以处理不同的指令,这种工作方式称?quot;流水线条指令同时通过流水线的每个节拍,从而大大提高了机器的吞吐量。

  为使代码达到最大效率,程序将尽可能将指令安排为并行执行。为使指令并行操作,程序确定指令间的相关性,即一条指令必须发生在另一条指令之后。根据TMS320C6201的数据通路和流水线工作方式,在此给出一种高效实现16点Radix4FFT的方法。其基本思想是分解传统的FFT蝶型算法循环体,将其分别展开在A、B通路内计算两个FFT蝶型算法。每个蝶型算法分别只分配自己这一侧的寄存器组和功能单元。这样在循环体内两个蝶型算法是完全不相关的,能够并行执行。下面给出基于C.S.Burrus和T.W.Parks的Radix4FFT算法的优化算法的代码实现。

  void radix4(int n,short x[], short w[])

  int n1,n2,ie,wa1,wa2,wa3, wb1, wb2,wb3,ia0,ia1,ia2,ia3,ib0,ib1,ib2,ib3,j,k;

  short ta,tb,ra1,ra2, rb1,rb2,sa1,sa2,sb1,sb2,coa1,coa2,coa3,cob1,cob2,cob3,sia1,sia2,sia3,sib1,sib2,sib3;

  n2>>=2; // distance between input datas

  for(j=0;j<n2;j+=2){//number of butterfies perstage

  for(ia0=j,ib0=j+1;ia0<n;ia0+=n1,ib0+=n1) 

  {//loop of two butterflies caculation

  x[2*ia2+1]=(sa1*coa2-ra1*sia2)>>15;

  x[2*ib2+1]=(sb1*cob2-rb1*sib2)>>15;

  x[2*ia1+1]=(sa1*coa1-ra1*sia1)>>15;

  x[2*ib1+1]=(sb1*cob1-rb1*sib1)>>15;

  x[2*ia3+1]=(sa2*coa3-ra2*sia3)>>15;

  x[2*ib3+1]=(sb2*cob3-rb2*sib3)>>15;

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  东软载波发布公告称,公司实际控制人崔健先生、胡亚军先生、王锐先生(以下简称“甲方”)与广东顺德控股集团有限公司(以下简称“顺德控股”或“乙方”)于 2019 年 9 月 7 日签订了《股权转让框架意向协议》(以下简称“本协议”)。乙方或乙方指定的第三方拟受让东软载波不超过 20%的股份,增强与东软载波的业务合作,为东软载波集成电路业务和智能化业务提供最优理想化应用场景和市场未来空间。公告显示,东软载波三名实控人目前合计持有公司50.61%的股权,顺德控股成立于 2010 年 5 月 19 日,是一家经佛山市顺德区人民政府批准设立的,由佛山市顺德区国有资产监督管理局出资,受佛山市顺德区国有资产监督管理局监管的国有独资公司。根据协议

  本项目用TIM2通道1产生38KHz频率;对应的MCU管脚是PA0,默认复用功能;重点是怎样配置TIM2的参数,产生38KHz频率;//应用示例:TIM2_PWM_Init(99,18);void TIM2_PWM_Init(u16 arr,u16 psc){ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

  集微网消息 东软载波日前发布2018年度业绩快报,报告期内,东软载波实现营业总收入为 101,330.14 万元,比去年同期增长 10.93%;营业利润为 21,679.21 万元,比去年同期下降 8.50%;利润总额为 21,639.03 万元,比去年同期下降 8.73%;归属于上市公司股东的净利润为 19,466.68 万元,比去年同期下降 18.23%;基本每股收益为 0.4295 元,比去年同期下降 18.22%。东软载波表示,(1)2018 年是我国用电信息采集系统 2.0 改造的开始年和 HPLC 载波通信新产品的应用年,2018 年三季度末,国家电网开始对 HPLC 新标准通信模组招标,并在第四季度陆续批量供货,保证

  集微网消息(文/Lee)10月26日,东软载波最新公布的2018年第三季度报告显示,其营业收入2.19亿元,同比增长3.90%;归属于上市公司股东的净利润3012.57万元,同比下降44.16%。据披露,东软载波前三季度营业收入为6.25亿元,同比增长2.31%;归属于上市公司股东的净利润1.17万元,同比下降36.82%。此前,东软载波曾表示,2018年前三季度摊销公司2017年限制性股票激励计划费用约3,470.09万元,导致2018年前三季度净利润减少。另外,由于电阻、电容等电子元器件涨价,公司2018年前三季度原材料采购成本增加,导致毛利率下降,净利润减少。由于以上因素的影响,加之国家电网高速电力线载波通信(HPLC)模组

  8月16日,东软载波发布本年度报告,公司2018年1-6月实现营业收入4.05亿元,同比增长1.48%;归属于上市公司股东的净利润8716.58万元,同比下降33.82%。东软载波表示,2018年上半年摊销公司2017年限制性股票激励计划费用约2,300.00万元,导致2018年上半年净利润减少。此外,电阻、电容等电子元器件涨价,公司2018年上半年原材料采购成本增加,导致毛利率下降,净利润减少。由于以上因素的影响,加之国家电网高速电力线载波通信(HPLC)模组招标尚未开始,导致公司2018年上半年净利润相比去年同期有一定幅度的下降。 东软载波还表示,公司全资子公司上海东软载波微电子有限公司以成为中国 MCU(微控制器

  的设置#if defined(MDIV2)#define TIM1_DIV_SET TIM1_DIV2#define PWMFRE_8KHZ 1000#define PWMFRE_4KHZ 2000#define PWMFRE_2KHZ 4000#define PWMFRE_1KHZ 8000#define PWMFRE_05KHZ 16000#define PWMFRE_38KHZ 210//用于红外38KHZ载波#define PWMFRE_OPEN 70//1/3的PWM占空比#else//16M 不分频的设置#define

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