【正文】 就是信息碼和擴(kuò)頻碼m序列異或后又經(jīng)過極性變換后的的信號(hào)，它是一雙極性信號(hào)。頁：27相關(guān)解擴(kuò)包括后邊的積分器或者低通濾波器另外應(yīng)該在某處提到數(shù)字信號(hào)的異或等效于雙極性信號(hào)相乘，”0”—+1,”1”224。 擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)解擴(kuò) 擴(kuò)頻系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾性，能作到這一點(diǎn)的重要原因是擴(kuò)頻接收機(jī)中采用相關(guān)檢測(cè)進(jìn)行解擴(kuò)。對(duì)于BPSK信號(hào)解調(diào)器來說，相乘器后通常接一截止頻率為128K的低通濾波器，把高頻分量及高頻噪聲濾掉，留下有用信號(hào)；對(duì)于擴(kuò)頻系統(tǒng)來說，可以將相乘器的輸出信號(hào)直接進(jìn)入解擴(kuò)電路，利用相關(guān)解擴(kuò)器的低通濾波器濾除高頻成分。所以解調(diào)就相當(dāng)于BPSK解調(diào)。 擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)解調(diào)在發(fā)送端，是先擴(kuò)頻后調(diào)制，所以接收端要恢復(fù)出數(shù)據(jù)信息，和發(fā)送端對(duì)應(yīng)，采用先解調(diào)后解擴(kuò)。如果給定帶內(nèi)所允許的紋波差，則用切比雪夫響應(yīng)較好，本設(shè)計(jì)采用具有巴特沃施響應(yīng)的二階RC有源濾波器。常用的逼近方法是巴特沃施(butterwoth)最大平坦響應(yīng)和切比雪夫(chebysher)等波動(dòng)響應(yīng)。對(duì)于本系統(tǒng)來講，f1=1MHz，fc=128K。為了限制信道噪聲，信號(hào)在進(jìn)入接收機(jī)之前首先要經(jīng)過接收濾波器。由此式可的下圖：圖312 功率譜密度由上圖可知，BPSK信號(hào)的功率主要集中在f1fc附近，f1為載波頻率，fc為二進(jìn)制信息速率。現(xiàn)設(shè)s(t)功率譜密度為PE(f),c(t)的功率譜密度為PC(f),于是BPSK信號(hào)的功率譜密度可以表示成：PE(f)=[ PC(f+f1)+ PC(f+f1)] (f1為載波頻率) （312）信號(hào)c(t)為雙極性矩形基帶信號(hào)把它表示成如下形式：c(t)= （313）故由52式可得：PE(f)= fcP(1P)[|G(f+f1)|2+|G(ff1)|2]+ fc(12P)2|G(0)|2[δ(f+f1)+δ(f+f1)] （314）其中, fc,為雙極性信號(hào)的頻率，P為雙極性信號(hào)1出現(xiàn)的概率。由式43可知此調(diào)制信號(hào)的輸出為s(t)=Ac(t)cosωt，其中c(t)=d(t)*m(t),為擴(kuò)頻后且變?yōu)殡p極性的信號(hào)，所以發(fā)送信號(hào)的完整表達(dá)式為：s(t)=Ad(t)*m(t)cosωt (310) 接收電路 接收濾波 發(fā)射機(jī)發(fā)送出來的信號(hào)經(jīng)信道傳輸后，到達(dá)接收端時(shí)會(huì)有噪聲干擾，為了濾除了濾波器通帶外的噪聲，需要在解調(diào)前加一帶通濾波器。調(diào)整50K的電位器可得到輸出的最大的載頻抑制。BPSK信號(hào)從12腳輸出。引腳14為負(fù)電源端(雙電源供電時(shí))或接地端(單電源供電時(shí)),引腳5外接電阻R5,用來調(diào)節(jié)偏置電流I5及鏡像電流IO的值。引腳8與10接輸入電壓vx,1與4接另一輸入電壓vy,輸出電壓vo從引腳6和12。T5,T6組成的單差分放大器用于激勵(lì)T1 ~T4。本設(shè)計(jì)選用比較常見的MC1496來實(shí)現(xiàn)。 三 信息調(diào)制 用極性變換電路輸出的雙極性信號(hào)以DSB方式去調(diào)制載波就可得到BPSK信號(hào),可用集成模擬乘法器來實(shí)現(xiàn)。電路如下: 圖39 正弦波發(fā)生器 如圖47所示,電路的振蕩頻率由R和C的值決定,公式如下: f=1/2πRC （39）由式46可知,若電容C取值200pF,則電阻R應(yīng)取值750Ω。把第一級(jí)運(yùn)放的輸出信號(hào)和原信息相加，就可得到所需要的雙極性信號(hào)。此變換電路如下：圖38 單極性變雙極性電路如圖42所示，反相器74LS04先把TTL信號(hào)反相，即把1信號(hào)變成0信號(hào)，把0信號(hào)變成1信號(hào)，第一級(jí)運(yùn)算放大器傳遞函數(shù)是： U=(R2/R1)U （37）其實(shí)現(xiàn)的是取負(fù)功能，即當(dāng)輸入信號(hào)電平是0時(shí)，輸出不變，當(dāng)輸入信號(hào)電平是1時(shí)，輸出V。一．TTL信號(hào)變雙極性電路因?yàn)閿U(kuò)頻信號(hào)產(chǎn)生電路輸出的是TTL信號(hào)，故在進(jìn)行平衡調(diào)制之前，要先把此TTL信號(hào)變成雙極性信號(hào)，即當(dāng)二進(jìn)制信號(hào)是1的時(shí)候，信號(hào)電平是V，當(dāng)二進(jìn)制信號(hào)是0的時(shí)候，信號(hào)電平是+V。BPSK調(diào)制過程如下圖所示： 圖37 2PSK調(diào)制過程 平衡調(diào)制器 為了節(jié)省發(fā)射功率和提高發(fā)射機(jī)工作效率，通常使用抑制載波的雙相平衡調(diào)制。若規(guī)定在擴(kuò)頻碼序列中當(dāng)c(t)=0時(shí)，φc(t)=0；當(dāng)c(t)=1時(shí)，φc(t)=π，這種調(diào)制稱為二相相移鍵控。故本設(shè)計(jì)采用BPSK這種調(diào)制方式。擴(kuò)頻后信號(hào)輸出速率為128K。 擴(kuò)頻信號(hào)的產(chǎn)生 設(shè)信息碼發(fā)生器圖42產(chǎn)生的信息碼為d(t)，擴(kuò)頻碼發(fā)生器圖43產(chǎn)生的m序列為m(t),兩信號(hào)都是TTL信號(hào)，把兩信號(hào)異或就可得到擴(kuò)展頻譜的信號(hào)碼，設(shè)為c(t),為了便于表達(dá)用下式表示：c(t)=d(t)*m(t) （33）為了將待傳送的信息同擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行準(zhǔn)確的模2加，必須對(duì)信息序列用時(shí)鐘進(jìn)行定時(shí)，定時(shí)用D觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。因周期是127，故地址譯碼電路需要一反饋電路，用與門來實(shí)現(xiàn)。把這種并行碼寫入到2716中，經(jīng)過運(yùn)算所要輸入的并行碼以16進(jìn)制表示如下：c0 c0 c0 c0 c0 c0 c0 00 00 00 80 80 80 40 80 80 00 00 00 c0 40 80 00 00 80 40 80 c0 80 80 80 40 c0 40 c0 00 80 40 00 00 00 c0 00 c0 c0 00 80 c0 c0 c0 00 40 80 c0 80 00 40 c0 40 c0 40 80 c0 00 00 80 80 40 40 40 00 00 80 c0 00 80 c0 00 80 40 c0 80 c0 40 80 40 00 40 c0 80 40 40 c0 40 00 40 c0 00 00 00 40 40 00 c0 00 00 c0 00 40 c0 c0 00 c0 40 40 80 80 c0 c0 00 80 c0 80 40 00 40 00 輸出時(shí)8根輸出線的前兩根的輸出就是所要輸出的兩路m序列。由本原多項(xiàng)式F(x)=x+x+1產(chǎn)生的m序列為： 1111111000111011000101001011111010101000010110111100111001010110011000001101101011101000110010001000000100100110100111101110000111111100011101100010100101由本原多項(xiàng)式F(x)= x+x+1產(chǎn)生的m序列為：1111111000000100000110000101000111100100010110011101010011111010000111000100100110110101101111011000110100101110111001100101010111111100000010000011000010因所要產(chǎn)生的m序列周期較短，故采用2k*8位的EPROM2716，有2k個(gè)單元，每個(gè)單元有8位，此芯片有11根地址線，有八位輸出線，每當(dāng)選中其中一個(gè)單元時(shí)，此單元一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)并行輸出。 計(jì)數(shù)器選用16進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD40161，狀態(tài)表如下：表31 狀態(tài)表Q Q Q QZ0 1 1 010 1 1 111 0 0 001 0 0 111 0 1 001 0 1 101 1 0 001 1 0 111 1 1 001 1 1 11 反饋網(wǎng)絡(luò)可以用門電路實(shí)現(xiàn)，但為了簡(jiǎn)化電路，可用8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151來設(shè)計(jì)，74LS151的輸出方程為 Y= ( M為最小項(xiàng)) （31）根據(jù)式41設(shè)計(jì)狀態(tài)方程如下 Z=()*1+(Q)*Q+( )*Q+(Q)*Q（32）因此可得74LS151的數(shù)據(jù)端輸入的數(shù)據(jù)如下D=D=D=D=0 D=1 D=D=D=Q因此信息碼發(fā)生器電路如下：圖34 信息碼發(fā)生器注：D觸發(fā)器的功能是避免組合輸出網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生冒險(xiǎn) m序列的產(chǎn)生傳統(tǒng)的產(chǎn)生m序列的方法是采用移位寄存器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，這種方法電路比較復(fù)雜，況且不方便產(chǎn)生多路m序列，因此本設(shè)計(jì)采用預(yù)先將m序列固化到EPROM中的方法來實(shí)現(xiàn)，此方法電路比較簡(jiǎn)單且很容易產(chǎn)生多路序列信號(hào)。 信息碼的產(chǎn)生 一般來說，信息碼也是偽隨機(jī)序列，在這里選用一個(gè)固定的序列做信息碼，可以用各種方式產(chǎn)生這種序列，可以用移位寄存器加反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生，也可以用計(jì)數(shù)器加反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生等多種方法，本設(shè)計(jì)采用后者。 電路圖如下所示：圖33 512K時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器及分頻電路 前一部分電路產(chǎn)生512K時(shí)鐘信號(hào)，后面接一分頻器以便產(chǎn)生本系統(tǒng)所需各種時(shí)鐘信號(hào)，分頻器用雙16進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS393實(shí)現(xiàn)，共可實(shí)現(xiàn)2分頻，1A計(jì)數(shù)器時(shí)鐘端輸入的是512K信號(hào)，可得從74LS393的3腳到6腳輸出依次為256K，128K，64K，32K，從74LS393的11腳到8腳輸出依次為16K，8K，4K，2K。時(shí)鐘頻率取決于C的電容量：C為200pF時(shí)，頻率為5MHz；；C為1600pF時(shí)，頻率為1MHz；C ，頻率為100KHz。 一般情況下，擴(kuò)頻通信接收機(jī)很復(fù)雜，但本設(shè)計(jì)為突出重點(diǎn)，略去了同步系統(tǒng)，接收端所用的載波和擴(kuò)頻碼序列都是發(fā)送端相應(yīng)信號(hào)的副本。系統(tǒng)總體框圖如下：觸發(fā)器m序列256k4分頻極性變換=1時(shí)鐘256分頻頻觸發(fā)器信息碼256k1M載波信息發(fā)送平衡調(diào)制器 圖31 發(fā)送系統(tǒng)相 乘 器相乘器接收濾波器低通濾波器1MHz載波m序列信息恢復(fù)比較器抽樣保持參考電平 圖32 接收系統(tǒng)在所有擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)中，都要解決同步問題，包括載波及碼元同步問題。為了節(jié)省發(fā)射功率和提高發(fā)射機(jī)工作效率，擴(kuò)頻系統(tǒng)中采用平衡調(diào)制器，載波為1MHz的正弦波。第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)思想與系統(tǒng)參數(shù)本設(shè)計(jì)中采用的擴(kuò)頻序列為周期127的m序列，碼片速率為128kHz，要傳送的數(shù)字信息速率為2kHz，它和m序列模2加后變成復(fù)合碼去調(diào)制載波。211本原多項(xiàng)式F(x)=x+x+1。 設(shè)A是對(duì)應(yīng)于n級(jí)本原多項(xiàng)式F(x)所產(chǎn)生的m序列，B是對(duì)應(yīng)于n級(jí)本原多項(xiàng)式|R(k)|所產(chǎn)生的m序列，當(dāng)它們的互相關(guān)函數(shù)|R(k)|滿足2+1 n為奇數(shù)（215）2+1 n為偶數(shù) n不是4的整倍數(shù)|R(k)|={ 則F(x)和F(x)產(chǎn)生的m序列A和B構(gòu)成一對(duì)優(yōu)選對(duì)。所謂本原多項(xiàng)式是指F(x)是不可約的，F(xiàn)(x)可整除1+x，p=21，F(xiàn)(x)除不盡1+x，qp. 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常常是根據(jù)需要確定所要求的碼長(zhǎng)，有p=21確定移位寄存器的級(jí)數(shù)r，查本原多項(xiàng)式表，確定F(x)，由F(x)就可以決定線性移位寄存器的反饋連線。知道了特征多項(xiàng)式，通過長(zhǎng)除就可以求出G(x).二、 本原多項(xiàng)式設(shè)F(x)=,c=1,c=1 是F域上的特征多項(xiàng)式，以G(F)代表由特征多項(xiàng)式所產(chǎn)生的所有非零序列的集合。令 F(x)=1+= （213）為特征多項(xiàng)式。式中a取0，1兩個(gè)值，符號(hào)x的冪次表示序列元素的位置。定義周期信號(hào)的連續(xù)互相關(guān)函數(shù)為 R(t)= （29） 從前面討論中可以看出m序列的自相關(guān)函數(shù)是雙值函數(shù)，但周期相同的不同m序列之間的互相關(guān)函數(shù)不再是雙值函數(shù)，而是一個(gè)多值函數(shù)。這說明m序列偽隨機(jī)信號(hào)的頻帶寬度決定于碼片寬度。 3．零頻率（直流）分量的功率為1/p，這是由于一個(gè)周期內(nèi)“0”、“1”個(gè)數(shù)不相等所引起的。這樣，G(f)可表示為： （23）直流分量的傅立葉變換為 G(f)=(f) （24）m序列擴(kuò)頻碼的功率譜 （25）由（25）式可看出m序列擴(kuò)頻碼的功率譜具有如下特點(diǎn)： 1． m序列擴(kuò)頻碼是周期函數(shù)，它的自相關(guān)函數(shù)也是同周期的周期函數(shù)，相應(yīng)的功率譜就是線狀譜，相鄰譜線間隔為1/pTc. 2．由于序列波形是幅度恒定的矩形波，因而具有恒定的功率。顯然，m序列擴(kuò)頻碼的功率譜密度G(f)為： G(f)= G(f) G(f) （22）三角形脈沖的傅立葉變換是抽樣函數(shù)的平方。由圖21可知，m序列的自相關(guān)函數(shù)可以看成是高度為（p+1）/p的周期三角形脈沖列減去一個(gè)幅度為1/p的直流分量。相關(guān)檢測(cè)就是利用這一特性來檢測(cè)自相關(guān)函數(shù)值為1的碼序列。p1時(shí)，相關(guān)函數(shù)值為1/p；當(dāng)t=p時(shí)，又出現(xiàn)峰值1；如此周而復(fù)始。