基于FPGA的電臺接口轉(zhuǎn)換模塊

4 Cordic算法實現(xiàn)求模

目前實現(xiàn)Cordic算法主要有兩種基本的結(jié)構(gòu)：較為簡潔的狀態(tài)機和高速全流水線處理器。在此采用高速全流水線處理器。在流水線結(jié)構(gòu)中，各階段數(shù)據(jù)處理不影響后面數(shù)據(jù)的輸入，在每個時鐘周期到來是將各階段的數(shù)據(jù)不斷前移，后面的數(shù)據(jù)不斷輸入，猶如一個FIFO緩沖期，在每個時鐘周期到來時地址不斷向前移一位，后來的數(shù)據(jù)不斷的往里輸，在各時鐘周期不同地址間數(shù)據(jù)不會相互影響。這就保證了實時系統(tǒng)的數(shù)據(jù)能不斷地流入而不會導(dǎo)致沖突。圖4所示為5級迭代快速Cordic流水線結(jié)構(gòu)：

如圖5所示，采用QuartusⅡ的SignalTap采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)計算其準(zhǔn)確率高達98%以上，能夠滿足設(shè)計的需求。根據(jù)圖5所示計算mmsource_ exp信號，此信號是指數(shù)修正信號，是有符號型，將其轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)的-2。先計算頭二組mmsource_real信號和mmource_imag信號數(shù)據(jù)。它們也是有符號數(shù)，因此將其轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為{-1，-80；-2，-17；-11，-53；26，-51}，而根據(jù)Cordic算法得出的結(jié)果從圖5中讀出，依次為{5 209；1 113；3 517；3 723}。而實際經(jīng)模修改后得到的標(biāo)準(zhǔn)值分別為{5 120；1 088；5 317；3 648}。

5 穩(wěn)定處理

FFT閾值法的原理是先對原始信號做FFT處理，適當(dāng)預(yù)設(shè)濾波閾值，將低于該閾值的頻帶設(shè)定為無效信號，定義為接收器沒有接收到信號。當(dāng)然閾值以下，并不能代表該周期產(chǎn)生了單頻信而由于信道上或者硬件本身的干擾，單檢測周期的測量值超過閾值或者在號或沒產(chǎn)生。僅憑單檢測周期的閾值檢測而產(chǎn)生PTT控制信號會帶來話音控制的不穩(wěn)定性。

設(shè)計的算法能極大地提高閾值測試的穩(wěn)定性。具體處理如下，流程如圖6所示。

為實現(xiàn)該功能，需自定義一個計數(shù)器，初始值為0，計數(shù)器值定義在0到T(T>0)之間。若在加操作中使計數(shù)器值大于T，則將計數(shù)器值飽和到T；若在減操作中使計數(shù)器小于0，則將計數(shù)器值飽和到0。

第一步，檢測測量值是否過閾值。若過閾值，計數(shù)器值加m，進行第二步；若不過閾值，計數(shù)器值減n，進行第四步。

第二步，若計數(shù)器值大于T，則飽和到T值。進行第三步。

第三步，檢測計數(shù)器值，若計數(shù)器值等于T，則啟動輸出PTT控制信號，結(jié)束流程；若計數(shù)器值小于T，則維持上一次的PTT控制信號輸出狀態(tài)，結(jié)束流程。

第四步，若計數(shù)器值小于0，則飽和到0值。進行第五步。

第五步，檢測計數(shù)器值，若計數(shù)器值等于0，則取消輸出PTT控制信號，結(jié)束流程；若計數(shù)器值大于0，則維持上一次的PTT控制信號輸出狀態(tài)，結(jié)束流程。

在流程中，m，n值的選擇取決于信道上或者硬件本身干擾的大小。若沒有單頻信號而誤檢出單頻信號的錯誤概率比較大，則m的取值應(yīng)較??；反之，若沒有單頻信號而誤檢出單頻信號的錯誤概率比較小，則m的取值可以較大。同理，若有單頻信號而未檢出單頻信號的錯誤概率比較大，則n的取值應(yīng)較?。环粗?，若有單頻信號而未檢出單頻信號的錯誤概率比較小，則n的取值可以較大。

圖7所示，在CycloneⅢ實驗板運行時采用SignalTapⅡ?qū)顟B(tài)機的各項內(nèi)容進行驗證，保證狀態(tài)機運行良好。將相關(guān)程序下載到Cyclone-Ⅲ芯片里，實時采集音頻數(shù)據(jù)對狀態(tài)機進行分析。

在圖7中，mmod在一個采樣周期結(jié)束后ostart信號被觸發(fā)，其獲得的總能量為1 427，比預(yù)設(shè)閾值要低，因此ocounter1的狀態(tài)不變，仍保持在第0狀態(tài)，而ocounter2的狀態(tài)則由第3狀態(tài)跳到第2狀態(tài)，這實踐的結(jié)果和理論都是保持一致的，可以說明程序的正確性，狀態(tài)機運行正常。

6 結(jié)語

本文可以用于一切需要PTT信號端的設(shè)備上，應(yīng)用極其廣泛，如：對講機、飛機場指揮塔的應(yīng)答系統(tǒng)以及目前已在美國推出的PTT手機業(yè)務(wù)等均運用到該技術(shù)。而在做該課題時遇到一些問題，如：陷波濾波器其阻帶帶寬偏大，需要尋求一種更好的算法來解決其帶寬問題；其次，F(xiàn)IR消耗內(nèi)存較大，這樣會消耗大部分的FPGA邏輯資源，會導(dǎo)致較大系統(tǒng)的資源不夠，因此需要設(shè)計更好的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)和算法來處理這個問題。這將是筆者以后需要繼續(xù)研究學(xué)習(xí)的。