基于DSP的256PPM調制設計

摘要: FSO ( Free space optical)無線光通信結合了無線通信和光纖通信的優點，其關鍵
技術在于收發端機的研制；PPM(Pulse Position Modulation)脈沖位置調制具有低的平均功
率和較高的峰值功率，特別適合于無線光通信。該文根據PPM調制信號的特點和DSP技術，提
出了一種用DSP實現256PPM調制的方案，整個方案有較大的靈活性和實用性。
關鍵詞: FSO；PPM；DSP；調制

Design For 256 PPM Modulation Based on DSP
Xia Yong-peng, Ao Fa-liang
(Dept of Communication and Information College,GLIET,Guilin 541004,China)
Abstract: Free Space Optical(FSO)communication integrates the advantages of optical-fiber
communication and wireless communication,whose key technology is the optical transceiver.
Pulse Position Modulation(PPM) has the characteristic of low average power as well as high peak
power which makes it be very suitable for FSO . This paper presents an approach for 256PPM
modulation using DSP based on the characteristic of PPM modulated signal and DSP
technology.The whole scheme is flexible and applied.
Key Words: FSO；PPM；DSP；modulate
引言
FSO ( Free space optical)是指在兩個或多個終端之間，利用在空間傳輸的激光束作
為信息載體實現通信，它包括深空、同步軌道、低軌道、中軌道衛星之間、地面與衛星之間
的激光通信，是一種無需光纖進行通信的光通信方式，結合了無線通信和光纖通信的優點，
是現代光纖通信技術的補充和拓展.具有頻帶寬，速率高，容量大，架設靈活便捷，適用于
任何通信協議，頻譜資源豐富，傳輸保密性好，小型化等特點。其應用場合一個關鍵技術在
于光收發端機的研制。采用何種調制技術是其中最為核心的問題。同OOK等其他調制技術相
比，光PPM(Pulse Position Modulation)調制具有低的平均功率和較高的峰值功率，兼備安
全隱蔽和信噪比高的特性，結合考慮其應用場合，PPM調制技術在FSO系統中被廣泛采用。另
外PPM在水下通信、光弧子通信和光纖的長途或多用戶通信中也有良好的應用前景，它的應
用具有重要的國防和商用意義。目前國內外對PPM調制技術已經有了比較深入的研究，國外
已經將該技術應用到實際系統中，并取得了性能良好的實驗數據。而國內只有少數科研單位
從事這一領域的研究，在調制發射應用方面，以前用接口卡、單片機來實現，這些方法要么
結構復雜、要么調制速率跟不上，實用性差。隨著高速數字信號處理器DSP的出現及廣泛應
用，這些問題都可以解決。該文根據PPM調制信號的特點和DSP技術，提出了一種用DSP實現
256PPM調制的方案，包括硬件電路設計和軟件設計，該方法簡單實用，適合于任意時隙數和
任意脈沖寬度的PPM。
1.PPM調制信號
PPM調制采用光脈沖作為載波，信源的信息控制脈沖的位置。PPM信號結構如圖1所示。

圖2 PPM硬件設計框圖
設計一個DSP最小系統外加用于程序存儲的FLASH即可實現PPM的調制。DSP芯片采用
TMS320C5410，內部RAM空間較大 ，一般應用不需要外擴 RAM,工作時鐘為100MHz，六級流水，
為通用高速低功耗數字信號處理芯片，外設（I/O）工作電壓為3.3V,核工作電壓為2.5V,地
為數字地。電源電路采用電源芯片TPS73HD325,典型輸入電壓為＋5V，為VC5410提供＋3.3V
和＋2.5V電源輸出，在TI網站上可查閱到TPS73HD325具體電路連接，同時也可提供復位。JTAG
口要注意接一些上拉電阻，以便能連接得上仿真器，還要注意DSP一些沒用到的引腳也要接
上拉電阻。外接FLASH的作用是將PPM調制代碼裝入其中，脫離仿真器和PC，給系統單獨上電，
也能實現PPM調制。FLASH采用SST39VF400，其使用方法可參考TI上有關SST39VF400的使用手
冊。限于篇幅，這里不多做介紹。最后在DSP的XF腳接上一個LED作為調制信號的輸出指示。
2.2 軟件設計
本系統設計為256PPM，發送一節信息，包括5個同步頭，60個信息，信息值為65。激光
脈沖重復頻率為50Hz ，要求相鄰兩脈沖間隔大于20ms ，這里設時隙間隔為40μs ，保護時隙數設為512，符合要求。利用DSP定時器產生40μ s 的定時，這樣可以得到準確的40μ s 脈
沖寬度。首先定義幾個計數器。同步頭間隔設為512，用t0計數；同步頭個數設為5，用t1
計數；t2表示信息與保護時隙512相加的值；信息個數設為60，用t3表示。其軟件流程圖包
括主程序流程圖和中斷服務程序流程圖。中斷服務程序流程如圖3所示。
主程序流程圖中包括初始化t0,t1,t3，定義t3個要發送的信息，設置定時中斷40μ s ，
開中斷，等待中斷。定時時間到，進入中斷，執行中斷服務程序。

圖3 中斷服務程序流程圖
3 試驗結果
用數字示波器觀測到的256PPM 調制試驗結果如圖4 所示。每格代表10ms ，大約為256
個時隙寬度。圖中，第一和第二條線為同步時隙，間隔512× 40μ s = 20.48ms ，大約為兩
格，與理論想相符；后三條為信息時隙，都與前一條間隔相等，兩格多，也與理論上信息時隙應出現的間隔(512 + 65)× 40μ s 一致。

圖4 256PPM 調制試驗結果
結束語：
在PPM信號結構的基礎上，搭建了硬件實現平臺，同時在CCS2.0環境下編程實現了調制，
試驗結果與理論相符合，已成功用于筆者所從事的PPM調制與解調系統設計關于調制部分的
實現上。創新點：提出了一種用DSP實現256PPM調制的方案，包括硬件電路設計和軟件設計，
簡單實用，適合于任意時隙數和任意脈沖寬度的PPM調制。
參考文獻：
1 丁德強，柯熙政.大氣激光通信PPM調制解調系統設計與仿真研究.光通信技術，2005年01
期，50-52
2 李天松，敖發良.一種PIC單片機實現的PPM調制器.桂林電子工業學院學報，2002，22（3）：
65-68
3 杜瑜，鄒傳云.紅外無線PPM的調制解調電路設計.桂林電子工業學院學報，2000，20（3）：
5-10
4 王立華，邵玉芹.DSP應用系統中的硬件接口電路設計.微計算機信息，2008，6-2：193-195
5 汪安民，陳明欣，朱明編著，TMS320C54XXDSP實用技術，第二版.北京：清華大學出版社,2007
6 Texas Instruments , TMS320VC5410 Fixed-Point Digital Signal Processor.