基于DSP/FPGA的超高速跳頻系統(tǒng)基帶設(shè)計(jì)
為了適應(yīng)復(fù)雜的數(shù)字接口,在FPGA中設(shè)計(jì)了DDS Controller邏輯,完成了對所有時(shí)序和數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。DSP僅通過讀寫DDS Controller中的幾個(gè)寄存器就可以實(shí)現(xiàn)對DDS的所有操作。DDS的輸出端采用了互補(bǔ)電流輸出,經(jīng)過變壓器耦合并通過低通濾波器后得到基頻信號。
3.2 調(diào)制解調(diào)FPGA邏輯設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用了2FSK調(diào)制方式。2FSK調(diào)制實(shí)際上就是根據(jù)二進(jìn)制碼流的極性輸出頻率f0(頻點(diǎn)0)或頻率f1(頻點(diǎn)1),跳頻通信系統(tǒng)根據(jù)跳頻圖案決定載波頻率,但歸根結(jié)底就是改變DDS的輸出信號頻率。
本設(shè)計(jì)采用了相干解調(diào)方式,圖5給出FPGA的正交NCO相干解調(diào)邏輯圖。
圖5中ACC為32bit相位累加器,Sub32提供π/2的相位平移得到Q支路的波表地址,Lanch32的作用是使相位累加器的輸出結(jié)果延時(shí)一個(gè)時(shí)鐘周期,保持I、Q支路嚴(yán)格同步,因?yàn)镾ub32的運(yùn)算會(huì)使Q支路延時(shí)一個(gè)時(shí)鐘周期。雙口ROM存儲(chǔ)余弦表,同時(shí)產(chǎn)生I支路和Q支路的波形。
正交NCO、數(shù)字混頻器、低通濾波和采樣調(diào)整模塊共同構(gòu)成了解調(diào)單元DeModulationLogic。DeModulationLogic在FPGA系統(tǒng)中的位置如圖6所示。
3.3 跳頻序列的DSP控制設(shè)計(jì)
跳頻序列是決定跳頻通信系統(tǒng)跳頻圖案的偽隨機(jī)序列。對跳頻序列的要求是循環(huán)周期長、最小碼距大、隨機(jī)性強(qiáng)等。本設(shè)計(jì)采用了理論研究最完備、易于產(chǎn)生的m序列作為跳頻序列,在DSP中通過軟件實(shí)現(xiàn)對偶頻帶法對最小跳頻間隔的控制,DSP判斷相鄰兩次生成的m序列的碼距是否符合要求。若不符合最小碼距的要求,則跳到此次生成碼的對偶頻道上去。如圖7所示。
3.4 同步設(shè)計(jì)
同步是跳頻通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。跳頻通信系統(tǒng)的同步包括載波同步、位同步和幀同步(跳頻圖案同步)。
由于本設(shè)計(jì)采用2FSK調(diào)制解調(diào)方式,所以僅需要接收端提供一個(gè)與所接收到的載波信號同頻的本地載波信號即可,因而可以不進(jìn)行載波跟蹤,直接通過設(shè)置頻率合成器的頻率控制字實(shí)現(xiàn)收發(fā)同頻即可實(shí)現(xiàn)載波同步。
位同步是以解調(diào)電路為基礎(chǔ)的。由于碼速率較高,位同步運(yùn)算大都在FPGA中通過硬件完成。
圖8(a)是沒有同步時(shí)的示波器波形圖,圖8(b)是同步后的示波器波形圖。通道一(上方)是發(fā)送端的發(fā)送脈沖,通道二(下方)是接收端的位同步脈沖。位同步以后,接收端的位同步脈沖和發(fā)射端的發(fā)射脈沖完全對齊,波動(dòng)范圍不超過1μs, 最大偏移不超過碼元寬度的4%。圖中,時(shí)間:5μs/格;電壓2V/格(上);電壓2V/格(下)。
跳頻圖案同步是跳頻通信系統(tǒng)中特有的同步概念,它是指接收方的跳頻圖案與發(fā)射方跳頻圖案保持一致的過程或狀態(tài)。在跳頻通信系統(tǒng)中,幀同步和跳頻圖案同步概念相似,有時(shí)候不加區(qū)分, 本設(shè)計(jì)選用13位巴克碼{1,1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1}作為幀同步信號。圖9是FPGA中信號跳頻圖案同步示意圖。
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