電力線載波擴(kuò)頻通信調(diào)制模塊的設(shè)計(jì)

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)電路簡單化，采取基帶信號速率與擴(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，基帶信號與PN碼相異或輸出信號去調(diào)制載波產(chǎn)生BPSK信號，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)比較簡單，用PN碼與信息序列模二相加(波形相乘)，對基帶信息進(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，對擴(kuò)頻信號進(jìn)行調(diào)制。

因此，在本設(shè)計(jì)中，BPSK的調(diào)制通過對擴(kuò)頻模塊產(chǎn)生的序列對兩路相移為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)頻信號與BPSK調(diào)制信號的對應(yīng)關(guān)系為：“1”對應(yīng)180°;“0”對應(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)級聯(lián)圖如圖5所示。

系統(tǒng)級聯(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，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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