系統設計

　　在短距離通信中，通常可以在收發端加入奇偶校驗、累加和校驗等出錯重發的防噪聲措施。但以上措施都只能檢錯，不能糾錯，也就是說傳輸過程中不能容錯。在遠距離、干擾大、出錯概率非常高的情況下，單純的出錯重發措施會失去工作效率和意義。因此，需要一種能容錯的數據傳輸方式，就要對數據編碼。采用擴頻技術，并選取具有優良自相關特性和互相關特性的高速偽隨機碼對待傳信號帶寬進行擴展，可增強系統的抗干擾能力。在對圖像數據壓縮后，采用QPSK擴頻調制技術。

　　系統的DSP由主控和基帶兩片DSP組成。主控DSP屬于系統的控制中心，用于完成控制系統接口總線的指令，將完成諸如自檢、信道預置、D/A和A/D變換、工作模式切換和AGC等。主控DSP還協同FPGA管理系統時鐘，完成與基帶DSP之間的任務協調和數據傳輸，管理系統總線和區分數據、信息類別以及控制接口。基帶DSP主要完成圖像數據的壓縮編碼和數據的信源、信道編解碼、組拆幀等。當進行圖像數據的發送時，DSP控制數據輸入經過隨機加擾、同比特擴展、加編碼器尾比特、1/2卷積編碼和交織處理，再進行信號流組幀、拆幀處理，同時加入控制信息進行連續同步發送。當進行數據接收時，DSP的操作剛好相反，經解擴、解調和提取控制信息后，形成連續的圖像信號流，DSP完成去交織、Viterbi譯碼、去尾比特、多位判決和去擾處理，還原成圖像信號，再經信源解碼和圖像數據的壓縮解碼。

　　系統的FPGA主要完成RS編碼和時鐘分頻。在發端基帶信號處理模塊中，DSP將一幀信息數據交給FPGA進行RS編碼，編碼的結果為m+n(m、n均為特定系統所確定的常量，下同)個字節，其中前m個字節為信息數據，后n個字節為校驗碼元。FPGA編碼結束后通知DSP進行數據接收，DSP收到通知后接收編碼結果。在收端基帶信號處理模塊中，DSP將一個RS幀(m+n個字節)的數據交給FPGA進行RS解碼，FPGA解碼結束后產生m個字節的解碼結果，然后通知DSP接收解碼數據，DSP接收到通知后進行解碼結果的接收。

　　FPGA與DSP之間的通信

　　FPGA對數據進行處理后，再將數據送入兩片DSP。在FPGA里面做一個FIFO，當FIFO存至一定容量時，就向DSP發一個讀數中斷，DSP就可通過I/O口將數讀取，FIFO容量減小。然后，FPGA繼續往FIFO送待處理數據，累計到一定容量，就再發中斷，以此循環。

　　用FIFO的好處在于處理起來較為簡單，但是也會出現DSP讀數速度與處理速度的和大于FPGA往FIFO填數速度的情況，或是DSP漏檢讀數中斷。這兩種情況都會導致FIFO被填滿而不再發中斷，DSP進入死等待而不再工作。為了防止死等待狀態的出現，以下兩條措施有必要在DSP編程中得以體現：

　　1.盡量加快DSP I/O口的讀取速度，以及一次中斷的處理速度，使其時間小于FPGA向FIFO輸入響應數據的速度。在本系統的設計中，FIFO一次給DSP送4092個數，FPGA向FIFO輸入4092個數耗時330ms，也就是說，DSP讀取這4092個數的時間加上對它們的處理時間不能超過330ms。在隨后的設計中優化了DSP的很多指令及接口設計，使其一次中斷的響應時間為100ms，大大提高了系統的性能。

　　2.如果是其他原因，如板上的電氣干擾使得DSP漏檢中斷，則也有可能使FIFO堆滿，導致系統進入死等待。對于這種情況，應在DSP程序中加入判決算法，正常情況下，DSP應該每隔330ms響應一次中斷，但如果較長時間沒有中斷到來，DSP則必須發出響應指令重啟FPGA，清空FIFO。

　　系統的同步問題與解決

　　由于本系統采用了直接序列擴頻通信技術，擴頻系統的同步是成功通信的前提條件，如果沒有同步，也就無法解調出信碼，擴頻系統的抗干擾優勢也就無法發揮。由于收、發時鐘的不一致性，擴頻序列的啟動時差，電波傳播時延等因素，接收端啟動的擴頻序列與接收到的發送擴頻序列開始總是不同步的。因此，收端必須采用一定的技術措施，迫使本地擴頻序列與發端的擴頻序列同步，這就是擴頻碼的捕獲。在取得同步之后，噪聲及一些外來因素的干擾還會迫使已取得的同步出現失鎖現象。為此，還應采取保持同步的技術，這就是同步跟蹤。

　　對同步過程的處理，采用的依據是：連續5次最大相關值位置相等，則認為實現了同步捕獲；如果相鄰10次最大相關值位置中有2次不等，則將進行失步重捕判據。對碼同步的處理主要有3個方面：同步主流程、相位差檢測與后微調處理、多普勒頻移處理。

　　結語

　　在系統的初步調試過程中，曾遇到了以下幾個問題：

　　1.調制端由于I、Q兩路不平衡，造成I、Q兩路相關峰輸出幅度差一個數量級，為后面數據判決基帶時鐘提取帶來問題。

　　2.經過幾次采樣分析，采樣結果不穩定。

　　3.A/D采樣后的數據存在直流成分。

　　按照本文所述的同步處理思想，接收端經同步處理后，獲得了較好的相關峰值。

　　本文基于DSP和FPGA，采用中頻數字化方法以及QPSK擴頻調制技術實現了圖像的無線傳輸。這些設計思想和結果具有普遍性和通用性。