高速列車互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)無線傳輸DS-CDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　圖1中PL1為支路板，它是速率為16×2M的電口支路板。它主要完成E1信號的線路收、發(fā)、轉(zhuǎn)換及2M支路時(shí)鐘信號的定時(shí)提取，實(shí)現(xiàn)2M信號經(jīng)TUG-2到VC-4的映射和解映射，同時(shí)收集支路告警上報(bào)，并根據(jù)線路告警狀態(tài)完成通道保護(hù)。DXC表示數(shù)字交叉板，一塊DXC就可完成四塊線路板上任意方向的上下業(yè)務(wù)的全交叉連接。利用數(shù)字交叉連接功能提供的低階通道(VC-12)和高階通道(VC-3、VC-4)可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)保護(hù)。STG表示時(shí)鐘板， SCC板是SDH設(shè)備的系統(tǒng)控制及通信板，它在SDH設(shè)備中承擔(dān)的是對同步設(shè)備的管理控制及互相之間的通信。OHP板為開銷處理板，它與線路單元和支路單元板相連，完成線路方向上和支路方向上E1、E2和F1開銷字節(jié)以及其它數(shù)據(jù)字節(jié)的提取和插入，最主要的是提供公務(wù)電話通道。

　　SL1板是1×622M光口支路板，它完成線路信號的發(fā)送與接收。SCB是小站專用的處理板，它包括了定時(shí)單元功能(STG)、開銷處理單元功能(OHP)、主控單元功能(SCC)和交叉連接功能(DXC)，是一種綜合處理板。SPI板是電口支路板，其中SPI(S)容量為4×2M，SPI(D)容量為8×2M。PDI也是電口支路板，其中PD(S)只有16×2M的容量，而PDI(D)具有32×2M的容量。OBI板又稱為2/1 ×622M同步電路光接口板，它的傳輸距離比SL1的70km稍短，約為30km左右。PV8板主要實(shí)現(xiàn)本地設(shè)備的功能，它將本地設(shè)備發(fā)出的信號經(jīng)過處理后送往主控板(數(shù)字交叉板)以及將主控板(數(shù)字交叉板)送來的信號經(jīng)過處理后發(fā)往本地設(shè)備。

　　在本設(shè)計(jì)中，我們采用的SBS 622傳輸設(shè)備可以為我們提供站與站之間622Mb/s數(shù)據(jù)傳輸速率，同時(shí)也可以為鐵路沿線各站提供自動(dòng)電話服務(wù)、各種MIS系統(tǒng)的傳輸通道服務(wù)等。

　　基于FPGA的DS-CDMA無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　在高速行駛的旅客列車上開通互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，主要考慮的是傳輸容量，其次是抗干擾能力，然后是體積要盡量要小，最后是功耗低可靠性高。基于以上要求，我們選擇了擴(kuò)頻通信方案。采用Spartan3 系列中的XC3S1500芯片實(shí)現(xiàn)直接序列擴(kuò)展頻譜通信的所有基帶功能，其中包括擴(kuò)頻、匹配濾波器解擴(kuò)、數(shù)控振蕩器、復(fù)混頻器，DQPSK編碼與解碼、載波和時(shí)序恢復(fù)、線性反饋移位寄存器和FIR濾波器。這些功能全部在一塊FPGA芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

　　圖2給出了基于FPGA的DS-CDMA無線傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。直序擴(kuò)頻通信發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)見圖2(a)。串并轉(zhuǎn)換模塊將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成2位并行數(shù)據(jù)，接著進(jìn)行差分編碼轉(zhuǎn)換成DQPSK碼元(Ik，Qk)。差分編碼后與PN碼擴(kuò)頻，輸出擴(kuò)頻信號(SIm，SQm)，其碼元速率為(Ik，Qk)的擴(kuò)頻碼長度倍。在(SIm，SQm)進(jìn)行濾波前，采樣率增加，使后面的正交調(diào)制滿足Nyquist定律。上采樣4倍后，擴(kuò)頻信號使用兩路獨(dú)立的SRRC進(jìn)行脈沖成形。

　　載波恢復(fù)模塊是直序擴(kuò)頻接收機(jī)最關(guān)鍵的模塊，如圖2(b)所示。當(dāng)采樣與碼元不同步時(shí)，需要利用載波同步算法使其達(dá)到同步。通常，需要采用一種算法從采樣數(shù)據(jù)獲得載波信息。本文采用直接同步法中的Costas環(huán)。環(huán)路濾波器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。