運(yùn)用MATLAB及EPROM簡(jiǎn)化擴(kuò)頻電路設(shè)計(jì)

摘 要： 提出一種直接序列擴(kuò)頻電路的設(shè)計(jì)方案，即利用MATLAB軟件的仿真功能來(lái)產(chǎn)生若干偽噪聲序列，然后以數(shù)據(jù)文件的形式將其存儲(chǔ)在EPROM中并在地址發(fā)生器的作用下輸出偽噪聲序列。還提供了運(yùn)用該方案設(shè)計(jì)的具體擴(kuò)頻電路，最后給出了仿真信號(hào)波形和實(shí)驗(yàn)信號(hào)波形。

關(guān)鍵詞： 直接序列擴(kuò)頻 MATLAB 仿真

目前，擴(kuò)頻技術(shù)因其良好的隱蔽性和抗干擾性，從而在通信和測(cè)控領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用。直接序列擴(kuò)頻是擴(kuò)頻的一種主要方式，它是用PN碼和二元信息數(shù)字序列模2相加后成復(fù)合碼去調(diào)制載波1。在一些使用長(zhǎng)序列PN碼擴(kuò)頻的場(chǎng)合，如統(tǒng)一擴(kuò)頻測(cè)控及圖象傳輸系統(tǒng)中，PN碼即用來(lái)對(duì)上行遙控指令進(jìn)行擴(kuò)頻，又用來(lái)作為上行測(cè)距碼2。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)模糊測(cè)距所使用的PN 碼的碼長(zhǎng)較長(zhǎng)，若用寄存器及其反饋支路來(lái)構(gòu)成PN碼發(fā)生器，則所需寄存器級(jí)數(shù)較多，且電路做好后，所產(chǎn)生的PN碼就固定了。這一點(diǎn)對(duì)于某些保密性要求很高的通信或測(cè)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)很不方便，因?yàn)樵谶@種系統(tǒng)中往往需要多組PN碼序列備用，以便隨時(shí)更換擴(kuò)頻碼增強(qiáng)保密性。解決這一問題的簡(jiǎn)單方法就是將所有的PN碼存儲(chǔ)在EPROM中，以供隨時(shí)調(diào)用。但由于PN碼的碼長(zhǎng)較長(zhǎng)或個(gè)數(shù)較多，將這些數(shù)據(jù)燒錄進(jìn)EPROM中也比較麻煩。如果利用MATLAB軟件來(lái)產(chǎn)生所需的PN碼序列，并通過簡(jiǎn)單的矩陣變化，形成一個(gè).hex文件，將其下載到EPROM中，就使得這一過程大大簡(jiǎn)化。

1 擴(kuò)頻電路框圖及波形

圖1(a)為PN碼直接序列擴(kuò)頻電路框圖。首先從數(shù)據(jù)流中提取位同步時(shí)鐘，經(jīng)分頻后送往計(jì)數(shù)器作為記數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器就是EPROM的地址產(chǎn)生器。由EPROM輸出的PN碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻。圖1(a)中各點(diǎn)波形如圖1(b)所示。

圖1(b)中波形a為輸入數(shù)據(jù)，波形b為從數(shù)據(jù)中提取的位同步時(shí)鐘，經(jīng)分頻后得到如波形c所示的PN碼chip時(shí)鐘(計(jì)數(shù)器的記數(shù)脈沖)，波形d為從EPROM中讀出的PN碼序列。從圖1中可以看出，用EPROM存儲(chǔ)PN碼序列，以計(jì)數(shù)器作為地址碼產(chǎn)生器所構(gòu)成的直接序列擴(kuò)頻電路，其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。

２ 用MATLAB產(chǎn)生PN碼及數(shù)據(jù)文件

若PN序列碼長(zhǎng)較長(zhǎng)，直接用手工錄入EPROM中容易出錯(cuò)，且要花費(fèi)較多的時(shí)間。如果用仿真軟件MATLAB中的SIMULINK模塊來(lái)構(gòu)成PN碼發(fā)生器(也可用編程的方法)，并將其產(chǎn)生的PN序列燒錄進(jìn)EPROM中，就可以大大簡(jiǎn)化這一過程。SIMULINK是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真的一個(gè)集成環(huán)境。它的存在使MATLAB的功能得到進(jìn)一步擴(kuò)展，即實(shí)現(xiàn)了可視化建模和多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。

下面以r =11的PN碼發(fā)生器為例加以說(shuō)明。

圖2是一個(gè)用SIMULINK模塊組成的m序列發(fā)生器，對(duì)應(yīng)的本原多項(xiàng)式為：F x =1+x2+x1

PN碼的初始狀態(tài)可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，即將移位寄存器設(shè)置為相應(yīng)的初始狀態(tài)(1或0)。若輸出到MATLAB工作空間的PN碼應(yīng)是完整的一周期序列，且將移位寄存器的取樣時(shí)間定為1單位時(shí)間，那么仿真時(shí)間就應(yīng)設(shè)為N-1個(gè)單位時(shí)間(Ｎ為碼長(zhǎng))，依上例則應(yīng)設(shè)為2046個(gè)單位時(shí)間進(jìn)行仿真。圖中To Workspace模塊的作用是將仿真后得到的PN序列以列向量的形式輸出到MATLAB工作空間。

PN= 10101010101110．．．　′2047

只要將該P(yáng)N序列存儲(chǔ)到EPROM中連續(xù)2r-1(r=11)個(gè)單元的同一BIT位，即可在計(jì)數(shù)器(地址產(chǎn)生器)的作用下從該BIT位輸出這個(gè)PN碼序列。那么一片EPROM就可以同時(shí)輸出8個(gè)PN碼，用n片EPROM就可以同時(shí)輸出nX8個(gè)PN碼。在實(shí)際中可選擇其一用來(lái)對(duì)信息數(shù)字序列進(jìn)行擴(kuò)頻。怎樣將PN碼序列組下載到一片EPROM中呢？如前所述，先用SIMULINK模塊分別組成8個(gè)(或者更多，視EPROM的存儲(chǔ)長(zhǎng)度或數(shù)量而定)PN碼發(fā)生器，仿真后將各自的PN碼序列輸出到MATLAB工作空間，得到8組列向量。

通過矩陣變換將這8個(gè)列向量合成一個(gè)新矩陣，矩陣的列就由這8個(gè)列向量組成。
PN＝PN1，PN2，PN3，PN4，PN5，PN6，PN7，PN8
PN＝

用reshape指令將矩陣變維，得到一個(gè)(4094X4)的矩陣，再將每一個(gè)行向量用一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)表示，最后用fprintf指令形成一個(gè) .hex文件3直接將該文件下載到EPROM中就可以由EPROM同時(shí)提供8個(gè)PN碼。

3 實(shí)際電路和波形

在實(shí)際中采用了HC4040(12bit) 計(jì)數(shù)器和CD6740(EPROM)組成了一個(gè)PN碼發(fā)生器。發(fā)生器電路圖如圖3所示。

4040在5V電壓下最高輸入時(shí)鐘頻率為3.5MHz，在15V電壓下可達(dá)到12MHz，滿足一般情況下的PN碼速率要求。由于將PN碼碼長(zhǎng)定為2047，因此當(dāng)Q1~Q11均為高電平時(shí)將計(jì)數(shù)器清0。圖中D觸發(fā)器的作用是對(duì)輸出數(shù)據(jù)起整形作用以去掉數(shù)據(jù)流中的毛刺。通過讓EPROM的高位地址線A12、A13分別接高、低電平，能夠使該電路產(chǎn)生32組不同的PN碼序列。

圖4(a)中的圖是運(yùn)用本文提出的擴(kuò)頻電路設(shè)計(jì)方案所得到的實(shí)驗(yàn)電路輸出的PN碼波形(包括PN碼時(shí)鐘波形)，圖4 b 是SIMULINK仿真波形。二者選取了PN序列中的同一段以便對(duì)照。

本文所提出的直接序列擴(kuò)頻電路方案有三個(gè)特點(diǎn)：①PN碼的產(chǎn)生及固化迅速而準(zhǔn)確。②電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，幾乎不需要調(diào)試。③使用方便，即可根據(jù)實(shí)際需要同時(shí)輸出多組PN碼序列，也可以從若干PN碼序列中選取一組輸出。

參考文獻(xiàn)
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