基于VHDL跳頻信號發(fā)生器設(shè)計與仿真

1、沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文摘 要隨著個人通信業(yè)務(wù)的發(fā)展以及全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用，到現(xiàn)在為止，使用擴(kuò)頻技術(shù)的用戶已經(jīng)超過1億。跳頻技術(shù)是擴(kuò)頻通信一種，它具有高抗干擾性、高抗截獲得能力的擴(kuò)頻技術(shù)?，F(xiàn)在它不僅已經(jīng)在軍事通信中大展身手,較好地滿足了現(xiàn)代戰(zhàn)爭提出的電子對抗與反對抗要求,而且在民用通信中也展示出良好的應(yīng)用前景。本文首先論述了跳頻通信的發(fā)展歷程，并對擴(kuò)頻通信的基本原理和基本模型加以介紹。重點介紹了跳頻通信的相關(guān)知識，詳細(xì)分析了跳頻通信的數(shù)學(xué)模型，并舉例說明了跳頻技術(shù)的應(yīng)用。實現(xiàn)了跳頻信號發(fā)生器的整體及其組成模塊的設(shè)計。對于整體及其組成模塊設(shè)計完全采用VHDL語言編寫。最后，利用Xilinx IS

2、E和Modelsim對主要模塊的仿真結(jié)果進(jìn)行驗證，包含總體頂層模塊，分頻模塊，偽隨機(jī)碼模塊、基帶信號模塊，延時模塊，數(shù)字頻率合成模塊。為了與硬件方面的仿真作比較，還通過Matlab這個平臺進(jìn)行了軟件方面的仿真。最終兩方面的仿真結(jié)果表明了本次設(shè)計無誤。關(guān)鍵詞:擴(kuò)頻通信； 跳頻通信；VHDL；偽隨機(jī)碼；數(shù)字頻率合成 AbstractWith the development of personal communication services and the application of global positioning system, up to now, the use of spread

3、spectrum technology has more than 100000000 users. Frequency hopping spread spectrum communication technology is a kind of, it has high anti-interference ability of spread spectrum technique, high resistance to cutting. Now it has been in the military communication show, to better meet the modern wa

4、r puts forward electronic countermeasures and counter-countermeasures requirements, but also in civil communication also showed a good prospect of application .This paper discusses the development and significance of frequency hopping, and the fundamental principle of spread spectrum communication a

5、nd basic models to be introduced Introduced the related knowledge of frequency hopping communication, analyzes the mathematical model of frequency hopping communication in detail, and illustrates the application of frequency hopping technology. The overall design of FH signal generator and its modul

6、es. For the whole and module design using VHDL language. Finally, the simulation results of main modules are verified by Xilinx ISE and Modelsim, including the overall top module, frequency module, pseudo-random code module, a baseband signal module, a time delay module, digital frequency synthesis

7、module. In order to simulation and hardware aspects of the comparison, also using the Matlab simulation software. The final simulation two aspects of the results show that the design is correct.Keywords:Spread sprctrum communication;Frequency-hopping communication;VHDL; Pseudo-random code;Digital fr

8、equency synthesis目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1 研究背景11.2 發(fā)展?fàn)顩r11.3 論文主要研究內(nèi)容32 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本原理52.1 擴(kuò)頻通信的基本概念52.1.1 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的分類52.1.2 擴(kuò)頻通信理論依據(jù)62.1.3 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)72.2 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本模型72.3 跳頻通信的相關(guān)知識及基本原理82.3.1 跳頻通信基本概念82.3.2 跳頻通信系統(tǒng)的分類92.3.3 跳頻通信的特點92.4 跳頻通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型102.5 跳頻技術(shù)的應(yīng)用132.5.1 跳頻通信的應(yīng)用132.5.2 跳頻技術(shù)在衛(wèi)星通信應(yīng)用143 跳頻信號發(fā)生器

9、的設(shè)計163.1 FPGA硬件平臺介紹163.2 跳頻信號發(fā)生器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計173.3 跳頻信號發(fā)生器關(guān)鍵模塊設(shè)計183.3.1 分頻模塊設(shè)計183.3.2 基帶信號模塊設(shè)計193.3.3 偽隨機(jī)碼模塊設(shè)計203.3.4 譯碼器模塊設(shè)計213.3.5 數(shù)字頻率合成模塊設(shè)計213.3.6 延時模塊設(shè)計224 跳頻信號發(fā)生器實現(xiàn)結(jié)果234.1 軟件介紹234.2 各模塊基于Modelsim平臺仿真244.2.1 5000分頻模塊波形仿真圖244.2.2 500000分頻模塊波形仿真圖254.2.3 基帶信號模塊波形仿真圖264.2.4 偽隨機(jī)碼模塊波形仿真圖264.2.5 3/8譯碼器模塊波形仿真

10、圖274.2.6 數(shù)字頻率合成模塊的實現(xiàn)284.2.7 延遲器模塊波形仿真圖294.3 跳頻信號發(fā)生器模塊基于Modelsim平臺仿真304.4 基于Matlab與Modelsim平臺仿真對比31總 結(jié)37致 謝38參考文獻(xiàn)39附錄A 英文原文40附錄B 中文翻譯44附錄C 源程序47IV沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文1 緒論1.1 研究背景無線通信多在地形、地物都比較復(fù)雜的環(huán)境和條件下進(jìn)行，因而往往需要解決自然和人為的干擾、多徑干擾及實現(xiàn)多址聯(lián)接等許多復(fù)雜的技術(shù)問題?？梢哉f，目前還沒有一種通信技術(shù)像擴(kuò)頻通信技術(shù)那樣能同時解決這樣復(fù)雜的技術(shù)問題，所以現(xiàn)代的各種無線通信網(wǎng)，如分組地面無線通信網(wǎng)、地面移

11、動無線通信網(wǎng)、分組衛(wèi)星通信網(wǎng)、室內(nèi)無線通信網(wǎng)等新的組網(wǎng)方式中，無不采用擴(kuò)頻通信技術(shù)1。擴(kuò)頻技術(shù)這一概念早在40年代末就已提出，并于60年代研制成實用的擴(kuò)頻系統(tǒng)。最初擴(kuò)頻系統(tǒng)主要用于軍事通信領(lǐng)域，以解決抗干擾、保密、頻道擁擠以及多個用戶在同一寬帶信道傳輸?shù)葐栴}。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代擴(kuò)頻技術(shù)不僅廣泛地用于民用通信領(lǐng)域，而且也成功地用于導(dǎo)航、雷達(dá)、電子對抗、測量、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。由于擴(kuò)頻系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，信號隱蔽難于偵察，而且可以獲得較高的距離分辨率和測距精度，因此將擴(kuò)頻技術(shù)用于引信可以大大改善引信的抗干擾性能4。跳頻擴(kuò)頻通信是擴(kuò)頻通信的一種，是以載波頻率的跳變進(jìn)行通信的。這種通信可以有效地躲避

12、干擾，已成為抗電子干擾的主要手段。系統(tǒng)的信道數(shù)、載波的帶寬、跳頻的速率和跳變的偽隨機(jī)性是抗干擾的重要技術(shù)指標(biāo)。信道數(shù)越多，帶寬范圍越大，跳變的速率越快，頻率跳變的規(guī)律越接近隨機(jī)變化，就越難以被敵方干擾8。 本文在研究擴(kuò)頻技術(shù)機(jī)理的基礎(chǔ)上，對應(yīng)用廣泛且抗干擾性能強(qiáng)的跳頻技術(shù)進(jìn)行深入分析，并基于VHDL語言，進(jìn)行了跳頻信號發(fā)生器的設(shè)計與仿真實現(xiàn)，為跳頻通信發(fā)射機(jī)的研制，提供工程基礎(chǔ)。1.2 發(fā)展?fàn)顩r擴(kuò)頻通信技術(shù)誕生得較早，從20世紀(jì)40年代起，人們就開始了對擴(kuò)頻技術(shù)的研究，其抗干擾性、抗竊聽、抗測向等方面的能力早己被人們熟知。但由于擴(kuò)頻系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜等多方面的原因，致使擴(kuò)頻通信技術(shù)一直都發(fā)展得較為

13、緩慢。自50年代中期美國軍方開始研究，擴(kuò)頻通信技術(shù)一直為軍事通信所獨占，廣泛應(yīng)用于軍事通信、電子對抗以及導(dǎo)航、測量等各個領(lǐng)域1。進(jìn)入20世紀(jì)60年代后，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多新型器件的出現(xiàn)，特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路、微處理器、數(shù)字信號處理(DSP)器件、擴(kuò)頻專用集成電路(ASIC)以及FPGA等這樣的新型器件的問世，使擴(kuò)頻通信技術(shù)有了重大的突破和發(fā)展7。跳頻通信作為擴(kuò)頻通信的一個分支，它的突出優(yōu)點是抗干擾性強(qiáng)，適合應(yīng)用于軍事領(lǐng)域70年代末，第一部跳頻電臺問世以后，就預(yù)示著其發(fā)展勢頭銳不可擋。到了80年代，世界各國軍隊普遍裝備跳頻電臺。這十年是跳頻電臺發(fā)展速度最快的十年。廣泛使用跳頻

14、電臺曾被稱為80年代VHF頻段無線電通信發(fā)展的豐要特征。90年代，跳頻通信如虎添翼，在軍用跳頻通信領(lǐng)域已相當(dāng)成熟的同時，跳頻通信的應(yīng)用又拓寬到民用領(lǐng)域。業(yè)內(nèi)人士指出，跳頻通信是對抗無線電干擾的有效手段，稱其為無線電通信的“殺于锏”4。跳頻通信是如此的神奇，因此自其問世至今，倍受世界各國特別是幾大軍事強(qiáng)國的青睞。跳頻通信的發(fā)展歷程可概括為：40年代末理論先導(dǎo)，60年代研制攻關(guān)，70年代末產(chǎn)品問世，80年代逐步推廣，90年代廣泛應(yīng)用，21世紀(jì)飛速發(fā)展。誠然，跳頻通信是由電子對抗而首先應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的。但是，它在民用通信的應(yīng)用也越來越受到人們的密切關(guān)注。目前，跳頻通信的理論和技術(shù)已很成熟8。1、跳頻

15、通信在軍事通信中發(fā)展跳頻通信自問世以來之所以如此迅猛發(fā)展，這主要得益于跳頻通信本身所具備的突出優(yōu)點。這些優(yōu)點又能符合現(xiàn)代信息戰(zhàn)條件下電子對抗的要求。目前，跳頻系統(tǒng)的跳速維持在如下水平：短波電臺100跳/秒，超短波電臺500跳/秒。但每秒千跳以上的跳頻電臺也已問世。可以樂觀地預(yù)測，到了21世紀(jì)，跳頻電臺的跳速可發(fā)展到每秒幾萬跳，甚至每秒百萬跳。跳頻帶寬一般可工作到全頻段。跳頻頻率集雖然目前已達(dá)到300個的水平，但上萬個頻率集的跳頻系統(tǒng)也已研制出來。跳頻系統(tǒng)的同步時間目前已達(dá)到幾百毫秒的數(shù)量級，今后必定越來越短。因為，同步建立時間越短，信息被敵方發(fā)現(xiàn)、截獲和測向的概率就越低，通信的隱蔽性越好6。當(dāng)

16、然，通信干擾與反干擾是一對矛盾，它們互相制約，但又互相促進(jìn)發(fā)展。跳頻通信并不懼怕單頻干擾和多頻干擾，但跟蹤式干擾是跳頻通信的“天敵”。跟蹤式干擾的步驟是：偵聽、處理、施放干擾。當(dāng)本方截獲到敵方的跳頻圖案后，迅速地以同樣的跳頻圖案施放干擾，由于兩個跳頻圖案的矢量迭加必然帶來接收方的一片盲然，致使敵方無法達(dá)成正常的跳頻通信。據(jù)報載，國外已有能同時監(jiān)視80個相鄰信道，掃描搜索速度為80,000信道/秒的偵察接收機(jī)問世，這種偵察接收機(jī)的截獲跳頻圖案的概率幾乎達(dá)到100。這是迄今為止對付跳頻通信最理想的反干擾手段。為了對付跟蹤式干擾，人們總是希望盡可能縮短跳頻信號的駐留時間，使偵察接收機(jī)無可乘之機(jī)。這就

17、要求跳頻系統(tǒng)的跳速盡可能快?；谶@方面考慮，目前世界各國競先研制快速跳頻通信裝備。另外，跳頻系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展又受到元器件、編解碼技術(shù)等因素的制約。目前，跳頻速率尚未達(dá)到每秒5000跳。若達(dá)到這個水平，則目前的跟蹤式干擾機(jī)便無能為力了。為此，跳頻通信將向以下兩個方面發(fā)展：一個是跳頻與直接序列擴(kuò)頻混合使用方式，另一個是跳頻與直接序列擴(kuò)頻、跳時三者混合使用方式。這樣可以優(yōu)勢互補(bǔ)，共同發(fā)展。 2、跳頻通信在民用通信中發(fā)展90年代以來，跳頻通信在軍事通信領(lǐng)域的應(yīng)用中取得巨大成就的基礎(chǔ)上，又開始向民用通信領(lǐng)域進(jìn)軍。原因有二：一是“無線革命”的興起。數(shù)字蜂窩移動通信、個人通信、室內(nèi)無線通信等新興通信方式，要求

18、解決頻帶擁擠問題，由于跳頻通信的頻譜利用率較高，因此，人們自然就考慮到采用跳頻通信來解決這個問題。二是市場需求的推動。采用新的通信技術(shù)不僅出于占有國內(nèi)市場的考慮，也是為了爭取國外市場5。在移動通信領(lǐng)域，擴(kuò)容乃當(dāng)務(wù)之急。跳頻或擴(kuò)頻碼分多址技術(shù)的增容潛力無比強(qiáng)大。據(jù)專家估算，采用跳頻或擴(kuò)頻碼分技術(shù)后，目前的容量可提高20倍。這是一個十分驚人的數(shù)字。為此，許多專家學(xué)者紛紛倡導(dǎo)采用跳頻或擴(kuò)頻碼分多址技術(shù)來解決擴(kuò)容問題。 在有線通信領(lǐng)域，考慮到一方面擴(kuò)建需要巨大的投資，另一方面，無線個人通信又可作為有線通信網(wǎng)的應(yīng)急手段，因此，跳頻也是一條值得通信系統(tǒng)建設(shè)考慮的途徑。如果采用跳頻通信，可以預(yù)見未來會有“無

19、線城市”和“無線辦公室”的不斷涌現(xiàn)。另外，加強(qiáng)在光纖通信中應(yīng)用跳頻技術(shù)的研究，也是跳頻技術(shù)的一個發(fā)展方向。 在一些要求信息保密的部門或場所，如公安部門、安全部門、政法部門、證券市場等，采用跳頻通信作為其內(nèi)部通信，則可以起到保密信息的作用，原因是跳頻通信被截獲的概率很低。在廣播領(lǐng)域，原先的一個調(diào)頻電臺只能傳送一個單聲道和一個立體聲節(jié)目，采用跳頻技術(shù)后，則可傳送75個立體聲調(diào)頻節(jié)目，而且是數(shù)字信號。1.3 論文主要研究內(nèi)容第1章是緒論，介紹了論文的研究背景，在軍事和民用跳頻頻通信的發(fā)展?fàn)顩r。第2章介紹了擴(kuò)頻技術(shù)的基本原理及特點，包括擴(kuò)頻通信的基本概念和擴(kuò)頻通信的基本模型。并對擴(kuò)頻通信之一中的跳頻通

20、信進(jìn)行詳細(xì)的闡述，包括對相關(guān)知識，基本原理及數(shù)學(xué)模型方面的闡述。并列舉了跳頻通信的具體應(yīng)用。第3章介紹了FPGA硬件平臺的知識，給出跳頻信號發(fā)生器的整體設(shè)計模塊框圖。分別介紹了組成模塊的設(shè)計的RTL圖。第4章基于第3章的設(shè)計思路利用相關(guān)軟件對各個組成模塊及整體模塊進(jìn)行仿真檢驗，并對結(jié)果進(jìn)行分析。第5章是全文總結(jié)，總結(jié)了本次論文的設(shè)計過程及下一步的研究。2 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本原理2.1 擴(kuò)頻通信的基本概念擴(kuò)頻通信，也被稱為擴(kuò)展頻譜通信(Spread Spectrum Communication)，它與衛(wèi)星通信、光纖通信，皆被稱作是進(jìn)入信息時代以后的三大高新科學(xué)技術(shù)通信傳輸方式。擴(kuò)頻通信就是將偽隨

21、機(jī)編碼(擴(kuò)頻序列Spread Sequence)與等待傳送的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，目的是實現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸；采用一樣的編碼進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理在接收端則是必須的，來保證原始信息數(shù)據(jù)的回復(fù)。普通的窄道通信方式與擴(kuò)頻通信方式是不一樣的： 其中之一是經(jīng)過相關(guān)處理后以恢復(fù)成窄帶信息數(shù)據(jù)； 之二是信源信號的頻譜擴(kuò)展后形成寬帶傳輸1。2.1.1 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的分類 擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)中，按其工作方式可以分為：直接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)(DS)、跳變頻率擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)(FH)、跳變時間擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)(TH)、線性調(diào)頻系統(tǒng)(Linear Frquency Modulation)和混合工作方式系統(tǒng)2。(1) 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)(

22、DSSS)：它通常用一段偽隨機(jī)序列（又稱為偽碼）表示一個信息碼元，對載波進(jìn)行調(diào)制。偽碼的一個單元稱為一個碼片（chip）。由于碼片的速率遠(yuǎn)高于信息碼元的速率，所以已調(diào)信號的頻譜得到擴(kuò)展3。(2) 跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)(FHSS)：它是用二進(jìn)制偽隨機(jī)碼序列去控制射頻載波振蕩器輸出信號的頻率，使發(fā)射信號的載波頻率隨偽隨機(jī)碼的變化而跳變。頻率跳變系統(tǒng)可供隨機(jī)選取的載波頻率數(shù)通常是幾千到幾萬個離散頻率，在如此多的離散頻率中，每次輸出一個由偽隨機(jī)碼決定3。(3) 跳時擴(kuò)頻系統(tǒng)(THSS)：它是使發(fā)射信號在時間軸上離散地跳變。我們先把時間軸分成許多時隙，這些時隙在時間跳變擴(kuò)頻通信中通常稱為時片，若干時片組成一跳時

23、時間幀。在一個時間幀內(nèi)哪個時隙發(fā)射信號由擴(kuò)頻碼序列來控制。(4) 線性調(diào)頻系統(tǒng)(Linear Frquency Modulation)：在這種系統(tǒng)中，載波在一個信息碼元時間內(nèi)，在一個寬的頻段中線性地變化，從而使信號帶寬得到擴(kuò)展。由于此線性調(diào)頻信號若工作在低頻范圍，則它聽起來像鳥聲（chirp）,故又稱“鳥聲”調(diào)制3。(5) 以上前三種基本擴(kuò)頻方式中的兩種或多種結(jié)合起來，便構(gòu)成了一些混合擴(kuò)頻體制，如FHDS，DSTH，F(xiàn)HTH等，它們比單一的擴(kuò)頻、跳頻、跳時體制具有更優(yōu)良的性能18。在通信中，用的最多的擴(kuò)頻方式就是直擴(kuò)和跳頻，本文所要設(shè)計的就是性能最好的跳頻系統(tǒng)中跳頻信號發(fā)生器。 2.1.2 擴(kuò)

24、頻通信理論依據(jù)擴(kuò)頻系統(tǒng)比一般的系統(tǒng)具有更強(qiáng)的抗多徑干擾、抗人為干擾、抗窄帶干擾的能力，此外還具有保密性高、低的空間無線電波通量密度等優(yōu)點。其理論依據(jù)2如下。 根據(jù)著名的香農(nóng)公式：在白噪聲干擾條件下，通信系統(tǒng)的信道容量為 C=Blg1+S/Nbit/s (2.1)其中：B為信道帶寬(Hz) S為信號平均功率(W)N為噪聲平均功率(W) 從式子(2.1)可以看出： (1)要增加系統(tǒng)的信息傳輸速率，即增加信道容量，可以通過增加傳輸信號的帶寬(B)或增加信噪比(S小)來實現(xiàn)。(2)對于一個給定的信道容量而言，既可以用增大信道帶寬同時相應(yīng)降低信噪比的辦法達(dá)到，也可以用減小信道帶寬同時相應(yīng)增大信噪比的方法

25、實現(xiàn)。這就是說：信道容量可以冪l用帶寬和信噪比的互換而保持不變。 (3)當(dāng)帶寬增加到一定程度后，信道容量C不可能無限制地增加2。 為了提高信息的傳輸速率C，可以從兩種途徑實現(xiàn)2，即加大帶寬W或提高信噪比S/N。換句話說，當(dāng)信號的傳輸速率C一定時，信號帶寬W和信噪比S/N是可以互換的，即增加信號帶寬可以降低對信噪比的要求，當(dāng)帶寬增加到一定程度，允許信噪比進(jìn)一步降低，有用信號功率接近噪聲功率甚至淹沒在噪聲之下也是可能的。擴(kuò)頻通信就是用寬帶傳輸技術(shù)來換取信噪比上的好處，這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)1。 因此，在無差錯傳輸?shù)男畔⑺俾蔆不變時，如信噪比很低(SN很大)，則可以用足夠?qū)挼膸拋韨鬏斝?/p>

26、號。 2.1.3 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)由于在發(fā)送端擴(kuò)展了信號頻譜，在接收端解擴(kuò)還原了信息2，這樣的系統(tǒng)帶來的好處是大大提高了抗干擾容限。理論分析表明，各類擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能與信息頻譜擴(kuò)展后的擴(kuò)頻信號帶寬比例有關(guān)。一般把擴(kuò)頻頻信號帶寬W與信息帶寬F之比稱為處理增益Gp，即： Gp=W/F （2.2）它表明了擴(kuò)頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。除此之外，擴(kuò)頻系統(tǒng)的其他一些性能也大都與Gp有關(guān)。因此，處理增益是擴(kuò)頻系統(tǒng)的一個重要性能指標(biāo)。干擾容限（Jamming Margin）的概念，用它來表示擴(kuò)頻系統(tǒng)在干擾環(huán)境中的工作能力。干擾容限不僅考慮了一個可用系統(tǒng)對輸出信噪比的要求，而且顧及了系統(tǒng)內(nèi)部

27、信噪比損耗，包括射頻濾波器的損耗、相關(guān)處理器的損耗、放大器的信噪比損耗等。系統(tǒng)的抗干擾容限Mj定義如下： Mj=Gp-S/N)o+Ls (2.3) 式(2.3) 中： (S/N)o 輸出端的信噪比Ls 系統(tǒng)損耗由此可見，抗干擾容限Mj與跳頻處理增益Gp成正比，跳頻處理增益提高后，抗干擾容限大大提高，甚至信號在一定的噪聲湮沒下也能正常通信。通常的擴(kuò)頻設(shè)備總是將用戶信息(待傳輸信息)的帶寬擴(kuò)展到數(shù)十倍、上百倍甚至千倍，以盡可能地提高處理增益2。2.2 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本模型圖2.2為擴(kuò)頻系統(tǒng)原理圖，信號經(jīng)過第一次調(diào)制信息調(diào)制(如信源編碼) 成為數(shù)字信號，再進(jìn)行第二次調(diào)制擴(kuò)頻調(diào)制5，即用一擴(kuò)頻碼將數(shù)

28、字信號擴(kuò)展到很寬的頻帶上，然后進(jìn)行第三次調(diào)制，把經(jīng)過擴(kuò)頻調(diào)制的信號搬移到射頻上發(fā)送出去；在接收端，接收到發(fā)送信號后，經(jīng)混頻后得到一個中頻信號，再用本地擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，恢復(fù)成窄帶信號，然后進(jìn)行解調(diào)，將數(shù)字信號還原出來。 在接收的過程中，要求本地產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼與發(fā)端用的擴(kuò)頻碼完全同步。信息調(diào)制擴(kuò)頻調(diào)制射頻調(diào)制擴(kuò)頻碼發(fā)生器射頻發(fā)生器變頻擴(kuò)頻解調(diào)信息解調(diào)本地射頻發(fā)生器本地擴(kuò)頻碼發(fā)生器信息信息圖2.1 擴(kuò)頻系統(tǒng)原理2.3 跳頻通信的相關(guān)知識及基本原理2.3.1 跳頻通信基本概念跳頻是最常用的擴(kuò)頻方式之一，從通信技術(shù)的實現(xiàn)方式來說，“跳頻”是一種用碼序列進(jìn)行多頻頻移鍵控的通信方式，也是一種碼控載頻跳變的

29、通信系統(tǒng)。我們在用收音機(jī)收聽某電臺，當(dāng)電臺在中波和短波兩個波段上播放同一個節(jié)目時，有這樣的體會：若中波波段信號不好，則隨即換到短波波段收聽；當(dāng)短波波段信號不好，則又換回到中波波段收聽。這種以更換波段的手段來改善收聽效果的方法，就是跳頻的通俗含義。只不過這種跳頻僅在接收端發(fā)生，而且是由人工干預(yù)來實施跳頻的。我們假設(shè)，當(dāng)廣播電臺發(fā)送的頻段也能“緊跟”收音機(jī)用戶更換的話，那么，這種通信方式就是跳頻通信。因此，跳頻通信可這樣描述：通信收發(fā)雙方同步地改變頻率的通信方式稱為跳頻通信17。與定頻通信相比，跳頻通信的載波頻率一直在跳變。工作中，發(fā)方以相當(dāng)快的速率（跳速）改變頻率，收方必須與發(fā)方同步地改變頻率，

30、雙方才能保持通信。也就是說，跳頻通信時，收發(fā)雙方必須采用同一種跳頻圖案。跳頻電臺之間要成功地進(jìn)行跳頻通信，收發(fā)雙方必須同時滿足三個條件：跳頻頻率相同；跳頻序列相同；跳頻的時鐘相同（允許存在一定的誤差）。三個條件缺一不可，否則無法實現(xiàn)跳頻通信。2.3.2 跳頻通信系統(tǒng)的分類一般的跳頻系統(tǒng)可根據(jù)跳頻速率分為快速跳頻（FFH）、中速跳頻（MFH）和慢速跳頻（SFH）。有兩種劃分方式來確定快、慢速跳頻。第一種是將跳速（Rh）與信息速率（Ra）相比來劃分，若跳頻速率大于信息速率，即RhRa，則為快速跳頻；反之，RhRa為慢速跳頻。另外一種劃分方式是以跳速來劃分。SFH：Rh的范圍是10100h/s，如以

31、色列的VHF-88、美國的Scimitar-H；MFH：Rh的范圍是100500h/s，如美國的SINCGARS-V；FFH：Rh大于500h/s，如美國的Scimitar-V。跳頻速率不同，抗干擾性能不同，復(fù)雜程度和成本也就不同?？焖偬l抗干擾能力極強(qiáng)，基本上認(rèn)為是不可被破解的。但系統(tǒng)成本較高，目前只用在軍事通信領(lǐng)域18。2.3.3 跳頻通信的特點跳頻系統(tǒng)的特點，在很大程度上取決于它的擴(kuò)展頻譜機(jī)理。跳頻擴(kuò)展頻譜在機(jī)理上與直接序列擴(kuò)展頻譜大不相同，每一跳頻駐留時間的瞬時所占的信道帶寬是窄帶頻譜，依照跳頻圖案隨時間的變化，這些瞬時窄帶頻譜在一個很寬的頻帶內(nèi)跳變，形成一個跳頻帶寬。1、抗干擾性能強(qiáng)

32、 跳頻通信抗干擾的機(jī)理是“打一槍換一個地方”的游擊策略，敵方搞不清跳頻規(guī)律，因而具有較強(qiáng)的抗干擾能力。一方面，我方的跳頻指令是個偽隨機(jī)碼，其周期可長達(dá)十年甚至更長的時間。另一方面，跳變的頻率可以達(dá)到成千上萬個。因此，敵方若在某一頻率上或某幾個頻率上施放長時間的干擾也無濟(jì)于事。另外，跳頻頻率受偽隨機(jī)碼控制而不斷跳變，在每一個頻率的駐留時間內(nèi)，所占信道的帶寬是很窄的。由于頻率跳變的速率非?？欤蚨鴱暮暧^上看，跳頻系統(tǒng)又是個寬帶系統(tǒng)，即擴(kuò)展了頻譜。事實上，跳頻的帶寬就是頻率的數(shù)目與每個頻率所占信道帶寬的乘積。由擴(kuò)頻通信理論可知，擴(kuò)展頻譜的好處可以換取更好的信噪比。也就是說，如果擴(kuò)展了頻帶，就可以在較

33、低的信噪比的情況下，照樣可用相同的信息速率、任意小的差錯概率來傳遞信息，甚至在信號被噪聲完全湮沒的情況下，也能保持可靠的通信。由此可見，抗干擾性強(qiáng)是跳頻通信最突出的優(yōu)點。2、頻譜利用率高 人們早已認(rèn)識到頻譜資源十分寶貴，因此，提高頻譜利用率也是現(xiàn)代通信的基本要求之一。跳頻通信可以利用不同的跳頻圖案或時鐘，在一定帶寬內(nèi)容納多個跳頻通信系統(tǒng)同時工作，達(dá)到頻譜資源共享的目的，從而大大提高頻譜利用率4。3、易于實現(xiàn)碼分多址 多址通信是指許多用戶組成一個通信網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)任何兩個用戶都可達(dá)成通信，并且多對用戶同時通信時又互不干擾。應(yīng)用跳頻通信可很容易地組成這樣一個多址通信網(wǎng)。網(wǎng)內(nèi)各用戶都被賦于一個互不相同的地

34、址碼，這個地址碼恰似電話號碼。每個用戶只能收到其他用戶按其地址碼發(fā)來的信號才可判別出是有用信號，對其他用戶發(fā)來的信號，則不會被解調(diào)出來。4、兼容性 對于跳頻通信而言，兼容的含義是指一個跳頻通信系統(tǒng)可以與一個不跳頻的窄帶通信系統(tǒng)在定頻上建立通信。顯而易見，兼容的好處在于，先進(jìn)的跳頻電臺可與常規(guī)的定頻電臺互通。這在跳頻電臺的研制上比較容易實現(xiàn)只要將常規(guī)電臺加裝跳頻模塊即可變成跳頻電臺。顯然，跳頻模塊是整個跳頻電臺的關(guān)鍵部件7。5、解決了“遠(yuǎn)近”問題 “遠(yuǎn)近”問題對直擴(kuò)系統(tǒng)的影響很大，對跳頻系統(tǒng)來說，這種影響就小得多，甚至可以完全克服18。6、時間短、入網(wǎng)快 采用快跳頻和糾錯編碼系統(tǒng)用的偽隨機(jī)碼速率

35、比直擴(kuò)系統(tǒng)的低得多，同步要求比直擴(kuò)系統(tǒng)的低，因而時間短、入網(wǎng)快18。2.4 跳頻通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型跳頻系統(tǒng)的組成如圖2.2和圖2.3所示。用信源產(chǎn)生的信息流去調(diào)制頻率合成器產(chǎn)生的載頻，得到射頻信號。頻率合成器產(chǎn)生的載頻受偽隨機(jī)碼的控制，按一定規(guī)律跳變。頻率合成器擴(kuò)頻碼發(fā)生器指令譯碼器跳頻指令atdtst圖2.2 發(fā)射系統(tǒng)射頻濾波器中頻濾波器頻率合成器指令譯碼器擴(kuò)頻碼發(fā)生器rtbtutvt圖2.3 接收系統(tǒng)發(fā)射機(jī)頻率合成器輸出的信號為 at=Ak=-cos2fkt+kgTct-kTc (2.4)其中g(shù)Tct是高為1、底邊寬為Tc的閘門函數(shù) gTct=1 tTc/20 t<Tc/2 (2.5

36、)由于離散頻率f1,f2,fk,組成這一頻率序列，這個頻率序列的周期為N,即fk=fk+N，因而式（2.4）可改寫為 at=Ak=1Ncos2fkt+kgTct-kTc*m=-t-mNTc (2.6)式（2.6）是跳頻信號的另一種時域表示方法，但在采用式（2.4）的表示方法，要注意fk是一周期為N的頻率序列。頻率跳變擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)輸出的信號為 st=Adtk=1Ncos2fkt+kgTct-kTc*m=-t-mNTc (2.7)跳頻信號st經(jīng)過信道傳輸后，受到各種干擾信號的污染，假如不考慮傳播損耗，則接收機(jī)收到的信號為rt=Adt-Tdk=1Ncos2fkt+'kgTct-kTc-Td*m

37、=-t-mNTc+Jt+Nt (2.8) 式（2.8）中： Td 信道傳播時延 Jt 各種干擾信號，包括同一系統(tǒng)內(nèi)的其他多址信號Nt 高斯白噪聲假設(shè)跳頻接收機(jī)對接收信號的處理是線性（廣義）的，可以用疊加定理分別對干擾信號和有用信號進(jìn)行分析。將輸入信號進(jìn)行分解，然后分別考慮各自通過接收機(jī)的相應(yīng)。跳頻接收機(jī)頻率合成器輸出的參考本振信號為 bt=2k=1Ncos2(fk+fIF)t+kgTct-Td-kTc*m=-t-mNTc (2.9)式（2.9）中，fk+fIF=fr為接收機(jī)的參考本信號頻率，fk是對接收信號頻率fk的估值，fIF是接收機(jī)的中頻頻率，Td是對接收信號時延Td的估值，k是對接收信號

38、相位k'的估值。首先考慮有用信號st通過接收系統(tǒng)的相應(yīng)，假設(shè)各種干擾都為零。接收信號rt經(jīng)射頻濾波器濾波后，與本地跳頻頻率合成器輸出的參考信號混頻（相乘），混頻器的輸出為 ut=Adt-Tdk=1Ncos2fk+'kgTct-kTc-Td*m=-(t-mNTc)×2i=1Ncos2fi+fIFt+igTct-Td-iTc*m=-t-nNTc (2.10)假設(shè)中頻濾波器是帶寬為BIF的理想窄帶帶通濾波器，其傳輸函數(shù)為 Hf=12 f-fIFBIF20 f-fIF>BIF2 (2.11)式（2.11）中系數(shù)1/2是歸一化常數(shù)。設(shè)其沖擊響應(yīng)為ht，則中頻濾波器的輸出為

39、 vt=-uaht-ada (2.12)2.5 跳頻技術(shù)的應(yīng)用2.5.1 跳頻通信的應(yīng)用隨著跳頻技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用也越來越廣泛。戰(zhàn)術(shù)電臺中采用跳頻技術(shù)的主要目的是提高通信的抗干擾能力。早在70 年代，就開始了對跳頻系統(tǒng)的研究，現(xiàn)已開發(fā)了跳頻在VHF 波段(30300MHz）的低端3088MHz、UHF波段(300MHz 以上）以及HF 波段(1.530MHz)的應(yīng)用。隨著研究的不斷深入，跳頻速率和數(shù)據(jù)數(shù)率也越來越高，現(xiàn)在美國Sanders 公司的CHESS 高速短波跳頻電臺已經(jīng)實現(xiàn)了5000跳/秒的跳頻速率，最高數(shù)據(jù)數(shù)率可達(dá)到19200bps。此外，CHESS跳頻電臺與一般的跳頻電臺還有所

40、不同，它以DSP 為基礎(chǔ)，采用了差動跳頻（DFH)技術(shù)。通過現(xiàn)代數(shù)字處理技術(shù)，CHESS跳頻電臺較好解決了短波系統(tǒng)帶寬有限(導(dǎo)致數(shù)據(jù)速率低的原因)、信號間相互干擾、存在多徑衰落等的問題。同時，它的瞬時信號帶寬很窄，對其它信號的影響很小?？梢钥吹?，實現(xiàn)更高跳速、更高數(shù)據(jù)速率的跳頻電臺正是跳頻通信系統(tǒng)的未來發(fā)展方向，軟件無線電的概念也已逐漸應(yīng)用到新型的跳頻電臺中。短波自適應(yīng)跳頻電臺已經(jīng)在當(dāng)前的軍事通信中占有了很重要的一部分。與VHF/UHF頻段不同，短波信道有許多固有特點，例如，受多徑時延、幅度衰落、天氣變化等因素的影響，信道條件變化莫測。但是隨著各種新技術(shù)的出現(xiàn)，短波通信的可靠性得到了技術(shù)上的保

41、證，而自適應(yīng)跳頻技術(shù)就是這些新技術(shù)中的一種。它通過分析波段上的頻率占用率，自動搜索無干擾或未被占用的跳頻信道進(jìn)行跳頻，不僅避免了自然干擾，也不會受到短波頻譜大量占用的影響。它會根據(jù)需要自動地改變跳頻序列，有效的適應(yīng)惡劣環(huán)境。它在海灣戰(zhàn)爭中體現(xiàn)出的優(yōu)越性引起了各國的高度重視19。 在現(xiàn)有的DS/CDMA 系統(tǒng)中，遠(yuǎn)近效應(yīng)是一個很大的問題。由于大功率信號只在某個頻率上產(chǎn)生遠(yuǎn)近效應(yīng)，當(dāng)載波頻率跳變到另一個頻率時則不受影響，因此跳頻系統(tǒng)沒有明顯的遠(yuǎn)近效應(yīng)，這使得它在移動通信中易于得到應(yīng)用和發(fā)展。在數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，如果鏈路間采用相互正交的跳頻圖案同步跳頻，或者采用低互相關(guān)的跳頻圖案異步跳頻，可以

42、使得鏈路間的干擾完全消除或基本消除，對提高系統(tǒng)的容量具有重要意義。此外，跳頻是瞬時窄帶系統(tǒng)，其頻率分配具有很大的靈活性，在現(xiàn)有頻率資源十分擁擠的條件下，這一點具有重要意義。2.5.2 跳頻技術(shù)在衛(wèi)星通信應(yīng)用1、跳頻通信應(yīng)用實例在第一次海灣戰(zhàn)爭中，據(jù)報道美軍平均有70萬份信息在空中信道順暢傳輸，之所以暢通無阻，并不是伊軍沒有施放電子干擾，而是伊軍的電子偵察干擾系統(tǒng)在美軍的跳頻電臺面前無能為力。跳頻（FH）采用多個載波頻率并在這些頻率間隨機(jī)跳變，從而形成抗干擾能力。跳頻技術(shù)在通信領(lǐng)域中有多種應(yīng)用，如短波通信中的跳頻電臺可克服頻率選擇性衰落；在軍事通信中可作為抗干擾措施，使敵方無法接收到有用的信號；

43、跳頻也可作為多址手段。而如今跳頻技術(shù)已成功應(yīng)用于軍事衛(wèi)星通信中19。2、跳頻衛(wèi)星系統(tǒng)抗干擾模型干擾容限J/S是表示系統(tǒng)抗擾能力的重要指標(biāo)。J/S的含義是系統(tǒng)抗干擾后的剩余得益，也就是接收機(jī)的輸出信噪比為可接收的條件下，接收機(jī)輸入端能抵抗得住干擾的數(shù)量。J/S的表示式為： JS=X×WR×1/EbNb （2.13）上式W/R帶寬擴(kuò)展因子（也稱處理增益），較高的W/R表示該系統(tǒng)有較高的處理增益進(jìn)行抗干擾。在跳頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，通信信號、干擾信號和噪聲同時經(jīng)過上行鏈路和星上處理轉(zhuǎn)發(fā)器傳送到下行鏈路。其中，干擾信號的樣式主要有：帶寬阻塞式干擾、部分頻帶式干擾、多音式干擾、跟蹤式干擾

44、、轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。其干擾模型如圖2.4所示。從模型中我們可以看出，干擾下行鏈路是對跳頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)的最大威脅。在下行鏈路Lds和Ldj是由通信信號和干擾信號所經(jīng)歷的自由空間聚類和自然現(xiàn)象對電波所造成的損壞決定，Gss和Gsj是由星上天線的空間分辨力決定,Ns是衛(wèi)星天線的噪聲溫度所決定。星上處理轉(zhuǎn)發(fā)器可以隔離上行和下行的干擾和噪聲的影響，能夠最優(yōu)第利用星上寶貴的功率資源。在星上處理轉(zhuǎn)發(fā)器中，接收到的上行復(fù)合信號經(jīng)過星上處理轉(zhuǎn)發(fā)器的處理和放大后。通過下行鏈路發(fā)送到用戶。星上處理轉(zhuǎn)發(fā)器對上行信號進(jìn)行解跳解調(diào)，還原為原始數(shù)字信號，然后在調(diào)制再跳頻6。調(diào)制跳頻上行信號損耗信號方向衛(wèi)星天線增益Gss+上行干擾

45、損耗干擾方向衛(wèi)星天線增益Gsj解跳解調(diào)調(diào)制跳頻功率放大器解調(diào)+解跳信號方向接收機(jī)天線增益Grs下行信號損耗Lds地球站接收天線噪聲干擾方向接收機(jī)天線增益Grj下行干擾損耗Ldj衛(wèi)星接收噪聲Ns信號信號跳頻干擾信號圖2.4 跳頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾模型圖3 跳頻信號發(fā)生器的設(shè)計考慮到使用FPGA器件進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，不僅可以簡化設(shè)計過程，而且可以降低整個系統(tǒng)的體積和成本，增加系統(tǒng)的可靠性，本章對跳頻信號發(fā)生器進(jìn)行基于FPGA的設(shè)計。3.1 FPGA硬件平臺介紹FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable L

46、ogic Block）、輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個部分?，F(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）是可編程器件，與傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，F(xiàn)PGA具有不同的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA利用小型查找表（16×1RAM）來實現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動其他邏輯電路或驅(qū)動I/O，由此構(gòu)成了既可實現(xiàn)組合邏輯功能又可實現(xiàn)時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊。FPGA的邏輯是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲單元加載編程數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的，存儲在存儲器單元中

47、的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯(lián)接方式，并最終決定了FPGA所能實現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無限次的編程14。FPGA一般由三種可編程電路和一個用于存放編程數(shù)據(jù)的SRAM組成，這三種可編程電路是：可編程邏輯塊CLB（Configurable Logic Block）、輸入/輸出模塊IOB（I/O Block）和互連資源IR（Interconnect Resource）14，其基本結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。CLB是FPGA的主要組成部分，是實現(xiàn)邏輯功能的基本單元，它主要由邏輯函數(shù)發(fā)生器、觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器等電路組成。IOB提供了器件引腳和內(nèi)部邏輯陣列之間的連接，通常排列在芯片

48、的四周。主要由輸入觸發(fā)器、輸入緩沖器、輸出觸發(fā)/鎖存器和輸出緩沖器組成9。每個IOB控制一個引腳，可被配置為輸入、輸出或雙向I/O功能?？删幊袒ミB資源IR包括各種長度的金屬連線線段和一些可編程連接開關(guān)，它們將各個CLB之間和CLB與IOB之間互相連接起來，構(gòu)成各種復(fù)雜功能的系統(tǒng)14。FPGA的功能由邏輯結(jié)構(gòu)的配置數(shù)據(jù)決定。工作時，這些配置數(shù)據(jù)存放在片內(nèi)的SRAM或熔絲圖上。基于SRAM的FPGA器件，在工作前需要從芯片外部加載配置數(shù)據(jù)，配置數(shù)據(jù)可以存儲在片外的EPROM或其他存儲體上14。用戶可以控制加載過程，在現(xiàn)場修改器件的邏輯功能，即所謂的現(xiàn)場編程（帶電直接重新加載網(wǎng)表）。圖3.1 FPG

49、A基本結(jié)構(gòu)圖3.2 跳頻信號發(fā)生器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計近年來隨著半導(dǎo)體工藝和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，DSP（Digital Signal Processor）、FPGA（Field Programmable Gates Array）等現(xiàn)代信號處理芯片越來越成熟和普遍使用，以前只能理論研究的跳頻技術(shù)有了實現(xiàn)的可能。跳頻信號發(fā)生器的功能為根據(jù)偽隨機(jī)碼輸出的信息，通過譯碼器模塊譯碼后來選擇不同頻率的載波，在與基帶信號模塊產(chǎn)生的信息序列進(jìn)行Bpsk進(jìn)行調(diào)制，最終輸出跳頻信號。根據(jù)跳頻信號產(chǎn)生模塊的功能，并結(jié)合FPGA平臺的器件特性，設(shè)計的跳頻信號發(fā)生器的整體結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。分頻模塊1基帶信號模塊偽隨機(jī)碼模塊譯碼

50、模塊數(shù)字頻率合成模塊延時模塊信號調(diào)制模塊時鐘輸入跳頻信號輸出分頻模塊2圖3.2 跳頻信號發(fā)生器的整體結(jié)構(gòu)圖根據(jù)系統(tǒng)需求，采用Xilinx 14.4開發(fā)平臺，使用VHDL語言混合編寫FPGA器件執(zhí)行程序，軟件設(shè)計流程如圖3.3所示。開始初始化根據(jù)Gold序列選擇頻率控制字頻率控制字解析選擇DDS與信息碼Bpsk調(diào)制跳頻信號輸出結(jié)束圖3.3 跳頻信號發(fā)生器系統(tǒng)流程圖3.3 跳頻信號發(fā)生器關(guān)鍵模塊設(shè)計在理論分析基礎(chǔ)上，進(jìn)行基于FPGA的跳頻信號發(fā)生器的關(guān)鍵模塊設(shè)計。3.3.1 分頻模塊設(shè)計在系統(tǒng)時鐘輸入后，在時鐘數(shù)目的控制下，時鐘分頻模塊分別采用不同數(shù)目的分頻。本次設(shè)計的要求每秒實現(xiàn)200跳，且為慢

51、跳頻。所以在基帶信號模塊和偽隨機(jī)碼序列模塊的輸入時鐘需根據(jù)設(shè)計要求接入到不同的時鐘分頻模塊。設(shè)計的時鐘分頻模塊的RTL圖如圖3.4和圖3.5所示。 clk_masuclkmasu_out圖3.4 時鐘分頻模塊1的RTL圖clk_outclkdiv_out圖3.5 時鐘分頻模塊2的RTL圖3.3.2 基帶信號模塊設(shè)計基帶信號單元在輸入時鐘上升沿的驅(qū)動下，每個時鐘周期輸出一個信息碼。基帶信號模塊主要根據(jù)發(fā)送方所要傳達(dá)的消息而產(chǎn)生相應(yīng)的信息序列碼。設(shè)計的時鐘分頻模塊的RTL圖如圖3.6所示：clkrstseqsequencer圖3.6 基帶信號模塊的RTL圖3.3.3 偽隨機(jī)碼模塊設(shè)計偽隨機(jī)碼模塊主

52、要用來產(chǎn)生偽隨機(jī)序列。序列中的每一個元素，對應(yīng)于跳頻頻率集合中的一個頻率，在偽隨機(jī)序列的選擇下，載波頻率隨機(jī)跳變，從而實現(xiàn)跳頻通信。通信中用到的偽隨機(jī)序列有m序列、Gold序列、Walsh序列等a0a1a2a3a4a5a6a7a8a9a0a1a2a3a4a5a6a7a8a9圖3.7 10級Gold序列發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖本次設(shè)計用到的就是Gold序列。它是m序列的組合碼，是由兩個碼長相等、碼時鐘速率相同的m序列優(yōu)選對進(jìn)行逐位模2加得到的。Gold序列雖然是m序列模2加得到的，但已不是m序列，不過它具有與m序列優(yōu)選對類似的自相關(guān)和互相關(guān)特性，而且構(gòu)造簡單，產(chǎn)生的序列數(shù)多。參見上圖3.7。CACodeGeneratorPhase_S_L(5:0)Pnout(2:0)CLKINENRESET設(shè)計的偽隨機(jī)碼模塊的RTL圖如圖3.8所示：圖3.8 偽隨機(jī)碼模塊的RTL圖3.3.4 譯碼器模塊設(shè)計dec3_8din(2:0)dout(7:0)譯碼器的功能為通過接收來自偽隨機(jī)碼模塊的三位偽Gold的碼序列，進(jìn)行38譯碼，通過輸出8位碼中的高電平來使能8個載波頻率中的一個。設(shè)計的譯碼器模塊的RTL圖如圖3.9所示：圖3.9 譯碼器模塊的RTL圖3.3.5 數(shù)字頻率合成模塊設(shè)計目前頻率合成主有三種主要方法：