電力線載波擴(kuò)頻通信調(diào)制模塊的設(shè)計(jì)
電力線載波擴(kuò)頻通信調(diào)制模塊的設(shè)計(jì)
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/185964.htm通常擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的解調(diào)電路很復(fù)雜,本系統(tǒng)為了使解調(diào)電路簡(jiǎn)單化,采取基帶信號(hào)速率與擴(kuò)頻碼元周期同步同速的特殊措施,省去了解調(diào)電路中復(fù)雜的載波恢復(fù)電路。直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中,接收端與發(fā)送端必須實(shí)現(xiàn)載波同步、PN碼同步,才可以正常工作。同步系統(tǒng)是擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。
1 本擴(kuò)頻系統(tǒng)的調(diào)頻解調(diào)原理
本系統(tǒng)的載波,PN碼和基帶信號(hào)的速率來自于同一個(gè)時(shí)鐘源,而且載波頻率和PN碼頻率都是基帶信號(hào)速率的整數(shù)倍,所以系統(tǒng)在解調(diào)端獲得PN碼同步的同時(shí),也獲得了載波的同步。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)其頂層采用圖形設(shè)計(jì)方式,各模塊基于Verilog HDL設(shè)計(jì)。圖1為系統(tǒng)模塊圖。
基帶數(shù)據(jù)的碼速率為0.806 Kb/s,PN碼速率為25 Kb/s,基帶信號(hào)與PN碼相異或輸出信號(hào)去調(diào)制載波產(chǎn)生BPSK信號(hào),載波的中心頻率為100 kHz。本系統(tǒng)調(diào)制電路各部分的時(shí)鐘源參數(shù)依據(jù)系統(tǒng)框圖選擇,晶振頻率是50 MHz,以上各部分的時(shí)鐘經(jīng)分頻后得到。
3 模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
3.1 分頻模塊
本系統(tǒng)發(fā)射的基帶數(shù)據(jù)速率是0.806 Kb/s,PN碼的頻率是25 kHz,正弦波的頻率是100 kHz,所以整個(gè)系統(tǒng)所需的時(shí)鐘為50 MHz,PN碼所需的時(shí)鐘是25 kHz,基帶信號(hào)所需的時(shí)鐘是0.806 Kb/s。為了更好地實(shí)現(xiàn)同步,后面兩者分別經(jīng)過16×125分頻,31×16×125分頻得到,分頻器通過編程實(shí)現(xiàn)。時(shí)序仿真如圖2所示。
3.2 PN碼發(fā)生器模塊
采用最大長(zhǎng)度線性反饋移位寄存器(m序列)生成擴(kuò)頻碼字,其本原多項(xiàng)式如下:
PN發(fā)生器的時(shí)序仿真如圖3。產(chǎn)生的25-1位PN碼為:
[ 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 ]
3.3 直接序列擴(kuò)頻模塊
直接序列擴(kuò)頻的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單,用PN碼與信息序列模二相加(波形相乘),對(duì)基帶信息進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。本設(shè)計(jì)采用31位的PN碼,需要滿足如下關(guān)系Tc=31Tb(Tc為基帶信號(hào)周期;Tb為PN碼周期)。擴(kuò)頻調(diào)制的時(shí)序仿真如圖4所示。
3.4 BPSK調(diào)制模塊
本系統(tǒng)數(shù)字正弦發(fā)生器采用了直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)。DDS由相位累加器、相位加法器、波形存儲(chǔ)器(ROM)組成。其中,ROM中存放經(jīng)過采樣、量化處理后的周期連續(xù)信號(hào)一個(gè)周期波形的幅度值。在具體實(shí)現(xiàn)中ROM表采用了10位,即1 024個(gè)采樣點(diǎn)。利用DDS產(chǎn)生100 kHz的載波,對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。
因此,在本設(shè)計(jì)中,BPSK的調(diào)制通過對(duì)擴(kuò)頻模塊產(chǎn)生的序列對(duì)兩路相移為180°的正弦波進(jìn)行選通來調(diào)制,在前面利用DDS產(chǎn)生了兩個(gè)正弦波的ROM表,通過擴(kuò)頻序列對(duì)兩張表的數(shù)據(jù)進(jìn)行選通,則所輸出波形能夠?qū)崿F(xiàn)BPSK調(diào)制。
在本設(shè)計(jì)中,擴(kuò)頻信號(hào)與BPSK調(diào)制信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為:“1”對(duì)應(yīng)180°;“0”對(duì)應(yīng)0°。所以,當(dāng)數(shù)據(jù)為1時(shí),選擇正弦波的初始相位為180°;當(dāng)數(shù)據(jù)是0時(shí),選擇正弦波的初始相位是0°,這是通過Verilog編程實(shí)現(xiàn)的。
4 系統(tǒng)聯(lián)合仿真
對(duì)各個(gè)子模塊設(shè)計(jì)仿真完之后,把各個(gè)模塊進(jìn)行級(jí)聯(lián)仿真調(diào)試。頂層模塊采用原理圖輸入法,該方法具有直觀清晰的特點(diǎn)。系統(tǒng)級(jí)聯(lián)圖如圖5所示。
系統(tǒng)級(jí)聯(lián)的時(shí)序仿真如圖6所示。
5 結(jié)語
在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)了直接序列擴(kuò)頻發(fā)射系統(tǒng),由于所有模塊都集成在一個(gè)芯片中,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。且由于FPGA是一個(gè)完全的硬件構(gòu)架,其中的電路全部由與非門實(shí)現(xiàn),比用傳統(tǒng)的擴(kuò)頻系統(tǒng)處理速度更快,并且系統(tǒng)可以通過編程來修改升級(jí),具有很大的靈活性。最后,因載波頻率和PN碼頻率都是基帶信號(hào)速率的整數(shù)倍,所以,系統(tǒng)在解調(diào)端獲得PN碼同步的同時(shí),載波也獲得了同步,這樣就大大降低了后端解調(diào)器的復(fù)雜度,具有實(shí)用價(jià)值。
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