SIGN1 置位信号发生器1SIGN1扩频1S1-KPPSK调制器1PSK1第一路
GOLD2置位SIGN2置位信号发生器2SIGN2GOLD1置位GOLD1GOLD序列发生器1TX-CW(10.7M)加法器功放TX扩频2S2-KPPSK调制器2PSK2第二路GOLD2GOLD序列发生器2图2-7 CDMA系统发射机实现框图
两路信息码均在发射机的CPLD中产生,周期为8,分别由两个8位拨码开关“SIGN1置位”和“SIGN2置位”进行置位。码速率可变,由拨位开关“信码速率”控制,拨码开关拨上时码速率为2K,拨下时为1K。两路扩频码为在CPLD中产生的127位Gold序列,分别受两个8位开关“GOLD1置位”和“GOLD2置位”控制,可以任意改变。码速率可变,由拨位开关“扩频码速率”控制,拨位开关拨上时码速率为200K,拨下时为100K。
两路信息码分别与Gold1和Gold2进行扩频后,再进行PSK调制。当拨位开关“第一路”拨上、“第二路”拨下时,发射机输出点TX输出的信号为SIGN1与GOLD1扩频调制后的信号。当拨位开关“第一路”拨下、“第二路”拨上时,发射机输出点TX输出的信号为SIGN2与GOLD2扩频调制后的信号。当两个拨位开关均拨上时,发射机输出点TX输出的信号为两路信号的叠加。拨位开关“扩频”可对是否扩频进行选择,当拨码开关拨上时表示不对信息码进行扩频,拨下时扩频,这样便于对比观察是否扩频的PSK信号的频谱。
另外,在发射机还可对SIGN1进行汉明编码,当拨位开关“编码”拨上时对SIGN1进行编码,拨下时不编码。8位拨码开关“误码“的作用是对编码后的信号人为设置误码,以检验汉明编码的纠错效果。
其中,发射机信息码和扩频码的产生、扩频均在CPLD中实现,CPLD使用EPM7128(U301);PSK调制使用模拟乘法器MC1496(U303、U304);加法器使用运算放大器AD8055(U305);功放采用UPC1676(U306)。
该部分各测试点的位置如图2-7所示,在图中标明及未标明的测试点分别表示:
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SIGN1:当拨位开关“编码”拨下时SIGN1第一路信息码输出点;输出8位NRZ码,码字与拨码开关“SIGN1置位”的设置一致,码速率受拨位开关“信码速率”控制,拨位开关拨上时码速率为2K,拨下时为1K。当拨位开关“编码”拨上时SIGN1为第一路信息码经过汉明编码信号输出点,输出为第一路信息码的汉明编码并加入帧同步码(1110010)后的NRZ码,周期为21位,第一个7位为巴克码(1110010),第二个7位为第一路信号码高四位经[7 4]汉明码编码后的数据,第三个7位为第一路信息码低四位经[7 4]汉明码编码后的数据。同时,后两个7位的数据还受拨码开关“误码”的控制,当“误码”开关的2~8位中的某一位置高时,后两个7位的数据相应位取反。码速率同样受拨位开关“信码速率”控制,拨位开关拨上时码速率为2K,拨下时为1K。
SIGN2:第二路信息码输出点;输出8位NRZ码,码字与拨码开关“SIGN2置位”的设置一致,码速率受拨位开关“信码速率”控制,拨位开关拨上时码速率为2K,拨下时为1K。
GOLD1:第一路扩频码输出点;输出127位的GOLD序列,码型为NRZ码,码速率受拨位开关“扩频码速率”控制,拨位开关拨上时码速率为200K,拨下时为100K。
GOLD2:第二路扩频码输出点;输出127位的GOLD序列,码型为NRZ码,码速率受拨位开关“扩频码速率”控制,拨位开关拨上时码速率为200K,拨下时为100K。
S1-KP:当拨位开关“扩频”拨下时为SIGN1与GOLD1扩频后的输出点,输出NRZ码,码速率由扩频码速率决定,拨位开关“扩频码速率”拨上时码速率为200K,拨下时为100K;当拨位开关“扩频”拨上时为SIGN1信号输出点(不扩频),输出与“SIGN1”或者同“差分编码”(当“编码”拨上时)一致。
S2-KP:当拨位开关“扩频”拨下时为SIGN2与GOLD2扩频后的输出点,输出NRZ码,码速率由扩频码速率决定,拨位开关“扩频码速率”拨上时码速率为200K,拨下时为100K。当拨位开关“扩频”拨上时为SIGN2信号输出点(不扩频),输出与“SIGN2”一致。
TX-CW:发射机10.7M载波信号输出点;输出10.7MHz的正弦波,峰峰值超过1V。 PSK1:“S1-KP”信号经过PSK调制后的输出点;输出载波为10.7M的PSK信号。 PSK2:“S2-KP”信号经过PSK调制后的输出点;输出载波为10.7M的PSK信号。 TX:发射机发射信号输出点;当拨位开关“第一路”拨上、“第二路”拨下时,输出经过功率放大后的PSK1信号;当拨位开关“第一路”拨下、“第二路”拨上时,输出经过功率放大后的PSK2信号;两个拨位开关同时拨上时,输出为PSK1和PSK2叠加、放大后的信号;两个拨位开关同时拨下时,输出为空。
S1-BS:SIGN1和SIGN2位同步信号输出点;输出为方波,频率受拨位开关“信码速率”
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控制,拨位开关拨上时频率为2KHz,拨下时为1KHz。
S1-FS:当拨位开关“编码”拨上时为SIGN1帧同步信号输出点,输出为脉冲波,频率受拨位开关“信码速率”控制,拨位开关拨上时频率为2/21KHz,拨下时为1/21KHz;当拨位开关“编码”拨下时输出为零。
差分编码:当拨位开关“编码”拨下时,差分编码输出点的波形同“SIGN1”一致;当拨位开关“编码”拨上时,差分编码输出点的波形为“SIGN1”(第一路信息码汉明编码后的信号)差分编码波形。
G1-BS:GOLD1和GOLD2位同步信号输出点;输出为方波,频率受拨位开关“扩频码速率”控制,拨位开关拨上时频率为200K,拨下时为100K。
2.4.2接收机的实现
接收机实现框图如图2-8所示:
GOLD3置位滞后1/2位GD-ZHVCO超前1/2位GD-CQZH1ZH2减法器BPF3包络检波3ZH3VCO-C高放RX乘法器1GD-TX乘法器2CQ1BPF2CQ2包络检波2CQ3TX1BPF1TX2PSK解调包络检波1TX3差分译码门限判决载波提取汉明解码乘法器3GOLD序列发生器3扣码电路判断是否停止扣码图2-8 CDMA系统接收机实现框图
接收机按电路实现的功能可分为四部分:扩频码的捕获和跟踪、载波提取、PSK解调和差
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分译码、汉明解码。
1、扩频码的捕获和跟踪
在扩展频谱系统中,为了使接收端能够正确恢复信码,必须使接收端产生的解扩用的伪随机码和发送端的伪随机码同步。伪随机码的同步一般分两步进行。第一步是搜索和捕获伪随机码的初始相位,使其与发端的码相位误差小于1bit,这就可保证解扩后的信号通过相关器后面的窄带中频滤波器,通常称这一步为初始同步或捕获;第二步是在初始同步的基础上,使码相位误差进一步减小,使已建立的同步保持下去,通常称这一步为跟踪。
常用的捕获方法有滑动相关法、前置同步码法、发射参考信号法、突发同步法和匹配滤波器同步法。在CDMA系统接收端,捕获的实现大多采用滑动相关法。本接收机也是采用滑动相关法,由图2-8中的TX(同相)支路和CPLD(U402)构成滑动相关捕获电路,如图2-9所示。
解调解扩BPF包络检波 门限判决 时钟
PN码发生器扣码图2-9 滑动相关捕获电路
接收到的信号与本地伪随机码相乘后再积分,即求出它们的互相关值,然后在门限检测器中与某一门限值比较,以判断是否已捕获到有用信号。这里是利用伪随机码的相关特性,当两个相同的码序列相位上一致时,其相关值有最大的输出。一旦确认捕获完成,则捕获指示信号的同步脉冲控制搜索控制钟,调整伪随机码发生器产生的伪随机码的重复频率和相位,使之与收到的信号保持同步。
实现跟踪也是利用伪随机码间的相关特性实现的。一般采用延迟锁定环来实现。本接收机用图2-8中的CQ(超前)支路、ZH(滞后)支路、VCO和CPLD(U402)构成延迟锁定环,如图2-10所示。
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图2-10 延迟锁定环跟踪电路
输入信号与本地PN序列的超前和滞后序列作互相关运算,然后分别进行带通滤波,包络检波,最后相减,得到误差函数。误差电压经过环路滤波,送到压控振荡器控制时钟频率的变化。这个时钟再推动本地PN序列发生器,产生本地PN序列的超前和滞后序列。
为了方便实验,我们在捕获电路的门限判决处加了一个旋转电位器“捕获”,用于改变比较的门限值,以捕捉有用信号,同时用发光二极管“捕获指示”的亮灭来判断是否已捕捉到有用信号。同时,在跟踪电路VCO处加了一个旋转电位器“跟踪”,用来调节VCO的压控信号的直流电平,增大接收机的时钟调节范围,使锁相更容易。
接收机的扩频码GOLD3受8位拨码开关“GOLD3置位”控制。因此,当“GOLD3置位”与“GOLD1置位”一致而与“GOLD2置位”不一致时,解调出信息码SIGN1;当“GOLD3置位”与“GOLD2置位”一致而与“GOLD1置位”不一致时,解调出的信息码SIGN2。拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“解码”分别对应发射机的拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“编码”。
其中,接收机扣码电路、GOLD序列发生器及超前、滞后电路均在CPLD中实现,CPLD使用EPM7128(U402);高放使用单片集成宽带放大器UPC1676(U400、U401);乘法器使用模拟乘法器MC1496(U403、U406、U407);带通滤波器使用10.7M的晶体滤波器(CFT400、CFT401、CFT402),通带为10.7M±7.5KHz;包络检波用检波二极管1N60(D401、D402、D403)完成;减法器由运算放大器TL084(U404)构成;VCO使用晶体压控振荡器(CRY400)。
该部分各测试点的位置如图2-8所示,在图中标明及未标明的测试点分别表示: RX:接收机接收到的经过滤波放大后的信号。
GD-TX:接收机同相支路同相GOLD序列输出点;当接收机完成捕获和跟踪后,该点输出的GOLD序列应与发射机的GOLD序列同频同相。
TX1:接收机同相支路解扩后、滤波前信号输出点;当接收机完成捕获和跟踪后,该点
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PN码发生器压控时钟??(t)BPF包络检波+∑BPF包络检波-??(t)环路滤波