《扩频通信系统的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《扩频通信系统的设计（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、基本原理扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)简称扩频 通信。扩频通信的基本特征是使用比发送的信息数据速率高许多 倍的伪随机码把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展，形成 宽带的低功率谱密度的信号来发射。香农(Shannon)在信息论的 研究中得出了信道容量的公式：C=Wlog2(1+P/N)这个公式指示出：如果信息传输速率C不变，则带宽W和 信噪比P/N是可以互换的，就是说增加带宽就可以在较低的信 噪比的情况下以相同的信息率来可靠的传输信息，甚至在信号 被噪声淹没的情况下，只要相应的增加信号带宽，仍然保持可 靠的通信，也就是可以用扩频方法以宽带传输信息
2、来换取信噪 比上的好处。这就是扩频通信的基本思想和理论依据。信息数据D经过常规的数据调制，变成了带宽为B1的基带 (窄带)信号，再用扩频编码发生器产生的伪随机编码(PN码： Pseudo Noise Code)，对基带信号作扩频调制，形成带宽B2(B2 远大于B1)、功率谱密度极低的扩频信号，这相当于把窄带B1的 信号以PN码所规定的规律分散到宽带B2上，再发射出去。接收 端用与发射时相同的伪随机编码做扩频解调，把宽带信号恢复成 常规的基带信号，即依PN码的规律从宽带中提取与发射对应的 成份积分起来，形成普通的基带信号，然后，可再用常规的通信 处理解调出发送来的信息数据D。二、设计思想及系统总
3、体框图1. 设计思想本设计中采用的扩频序列为周期127的m序列，码片速率为 64kb/s，要传送的数字信息速率为2 kb/s，它和m序列模2加后 变成复合码去调制载波，调制方式采用BPSK。为了节省发射功率 和提高发射机工作效率，扩频系统中采用平衡调制器，载波为 1MHz的正弦波。为了和发送电路相对应，接收端首先进行相干解 调，解调后输出的信号再进行相关解扩，输出的信息进行抽样判 决就可恢复出原信息。2. 系统总体框图图1.发送系统图2.接收系统三、各模块硬件设计及原理图发射电路1.时钟信号产生及分频电路模块时钟采用简单的TTL时钟发生器，这个电路适用于大多数TTL 系统，它只需要一块六反相器
4、集成电路中的3个反相器和3个无 源元件。时钟频率取决于C的电容量:C为200pF时，频率为5MHz ； C为1600pF时，频率为1MHz； C为0.018时，频率为100KHz。本 电路要求产生512K的时钟信号，故电容选用2000pF。电路图如图 3所示：图3.512K时钟信号发生器及分频电路前一部分电路产生512K时钟信号，后面接一分频器以便产 生本系统所需各种时钟信号，分频器用双16进制计数器74LS393 实现，共可实现28分频，1A计数器时钟端输入的是512K信号， 可得从74LS393的3脚到6脚输出依次为256K，128K，64K，32K， 从74LS393的11脚到8脚输出依
5、次为16K，8K，4K，2K。这样就 得到了各种时钟信号。2. 信息码产生模块一般来说，信息码也是伪随机序列，在这里选用一个固定的 序列做信息码，可以用各种方式产生这种序列，可以用移位寄存 器加反馈网络产生，也可以用计数器加反馈网络产生等多种方法， 本设计采用后者。选用周期为10的序列1101000101作为信息码。计数器选用16进制计数器CD40161，状态表如下：状态表Q 3 Q 2 Q, Q 0Z01101011111000010011101001011011000110111110011111反馈网络可以用门电路实现，但为了简化电路，可用8选1 数据选择器74LS151来设计，74LS
6、151的输出方程为Y= 17 D M i=0根据上式设计状态方程如下Z=(q Q Q )*1+(Q Q Q )*Q +( Q Q Q )*Q +(Q Q Q )*Q321321032103210因此可得74LS151的数据端输入的数据如下D =D =D =D =0 D =1 D =D =D =Q 012534670信息码发生器电路图4所示。图4.信息码发生器电路图3. M序列产生模块设F(x) = E c产,c 0=1,c广1是F2域上的特征多项式，以G(F) 代表由特征多顼式所产生的所有非零序列的集合。于是G(F)中之 非零序列均为m序列的充要条件是F(x)为F2上的本原多项式。所 谓本原多
7、项式是指F(x)是不可约的，F(x)可整除1+xp，p=2-1， F(x)除不尽 1+x q， qp。在实际应用时，常常是根据需要确定所要求的码长，有p=2-1 确定移位寄存器的级数r，查本原多项式表，确定F(x)，由F(x) 就可以决定线性移位寄存器的反馈连线。本设计产生m序列的方 法是采用7级移位寄存器网络实现，m序列发生器电路如图5所示。图5.m序列发生器电路图4. 扩频信号产生模块设信息码发生器产生的信息码为d(t),扩频码发生器产生的 m序列为m(t),两信号都是TTL信号，把两信号异或就可得到扩展 频谱的信号码，设为c(t),为了便于表达用下式表示：c(t)=d(t)*m(t)如上
8、所示，定时用256K的时钟信号，信息码速率2 kb/s, m 序列速率64 kb/s，在两个D触发器的作用下，信息码和m序列可 以准确的模2加，此运算用异或门74LS86来实现。扩频后信号输 出速率为64 kb/s。5. 平衡调制器模块为了节省发射功率和提高发射机工作效率，通常使用抑制载 波的双相平衡调制。BPSK信号可用双极性的二进制信号和载波相 乘而获得，所以BPSK调制可用平衡调制器来实现。（1）TTL信号变双极性电路因为扩频信号产生电路输出的是TTL信号，故在进行平衡调 制之前，要先把此TTL信号变成双极性信号，即当二进制信号是1 的时候，信号电平是-V，当二进制信号是0的时候，信号电平是 +V。根据TTL信号的特点，变换电路可用反相器74LS04或CD4069 和运算放大器LF353组合电路实现。电路图如图7所示。10岳Aj.1-|V1s-2co-正负E*3-J匚4-12-LF35：寸LOIITT
