基于FPGA的跳擴(kuò)頻信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)部隊(duì)中已大量裝備使用的跳擴(kuò)頻電臺(tái)的維護(hù)與測(cè)試需要性能穩(wěn)定的跳擴(kuò)頻信號(hào)源，因此非常必要研制使用方便、性能可靠的跳擴(kuò)頻信號(hào)源，以解決部隊(duì)急需，從而提高部隊(duì)的機(jī)務(wù)維修保障能力。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是近十年來(lái)數(shù)字化技術(shù)、超大規(guī)模集成電路和軟件方面的新技術(shù)新成果不斷涌現(xiàn)，使得設(shè)計(jì)高可靠、高精度、高穩(wěn)定可攜帶方便的測(cè)試系統(tǒng)成為可能。與傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)中的跳擴(kuò)頻信號(hào)源相比，本跳擴(kuò)頻信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)采用了FPGA、DDS等多種先進(jìn)技術(shù)，具有體積小、重量輕、成本低、集成度高、精度高、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地模擬產(chǎn)生需要的跳擴(kuò)頻信號(hào)，為機(jī)載跳擴(kuò)頻電臺(tái)的測(cè)試提供可靠的激勵(lì)信號(hào)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案
針對(duì)信號(hào)源需求分析，設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案如圖1所示。FPGA接收主控單元(MCU)傳遞的信息數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)源速率為4．8 kb／s?；鶐幚聿糠诌M(jìn)行差錯(cuò)編碼，編碼處理后的基帶信息數(shù)據(jù)以9．6 kb／s信息速率輸入成幀電路，組幀后信息速率為38．4kb／s。中頻處理電路接收38．4 kb／s信息速率的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行擴(kuò)頻和DQPSK調(diào)制。擴(kuò)頻調(diào)制PN碼碼片速率為1．228 8 M碼片／秒，即每個(gè)調(diào)制符號(hào)對(duì)應(yīng)64個(gè)碼片。系統(tǒng)中頻輸出8．192 MHz DQPSK數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。系統(tǒng)帶寬跨度為UHF(超短波)105～156 MHz，分了16個(gè)跳頻點(diǎn)帶寬≥45．5MHz。跳頻最小間隔≥2．5 MHz，跳頻速度1 000 Hop／s。

2 關(guān)鍵模塊研究與實(shí)現(xiàn)
2．1 DQPSK調(diào)制
中頻調(diào)制使用數(shù)字化DQPSK(相對(duì)相移鍵控)調(diào)制，該調(diào)制技術(shù)能有效利用數(shù)據(jù)帶寬，同時(shí)采用差分編碼解決QPSK調(diào)制時(shí)出現(xiàn)的相位模糊問(wèn)題，保證了數(shù)據(jù)的正確解調(diào)。DQPSK調(diào)制框圖如圖2所示。

差錯(cuò)控制編碼采用(217)卷積編碼，碼率為1／2。交織采用塊交織，交織器長(zhǎng)度為384，即一大幀的長(zhǎng)度。為保證數(shù)據(jù)的連續(xù)發(fā)送，交織采用兩個(gè)交織器輪流工作。交織后數(shù)據(jù)以9．6 kb／s交給DQPSK調(diào)制，經(jīng)差分串并轉(zhuǎn)換，以64位碼長(zhǎng)的M序列對(duì)轉(zhuǎn)換后碼率減半的數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制和成形濾波。數(shù)控振蕩器(NCO)產(chǎn)生正交調(diào)制的波形，對(duì)成形濾波后的信號(hào)進(jìn)行正交調(diào)制。
2．1．1 濾波成形
DOPSK調(diào)制后的信號(hào)存在以下問(wèn)題：調(diào)制后的信號(hào)將出現(xiàn)瞬時(shí)變化，這將不可避免地導(dǎo)致信號(hào)的瞬時(shí)頻譜的擴(kuò)散，如果無(wú)失真地傳輸該信號(hào)就要求有很寬的信道帶寬，這在信號(hào)傳輸中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)，唯一有效的途徑就是采用濾波技術(shù)限制頻譜，這就需要基帶濾波。基帶濾波是在時(shí)域上擴(kuò)展符號(hào)，如果設(shè)計(jì)的不好，在接收端將會(huì)引起嚴(yán)重的碼間干擾(ISI)。無(wú)碼間擾準(zhǔn)則可表示為：

平方根升余弦滾降濾波器有一個(gè)平滑的過(guò)渡帶，通過(guò)引入滾降系數(shù)來(lái)改變傳輸信號(hào)的成形波形，可以減少抽樣定時(shí)脈沖誤差所帶來(lái)的影響。本設(shè)計(jì)中采用56階，滾降系數(shù)為0．35的平方根升余弦濾波器，每個(gè)符號(hào)抽樣8個(gè)點(diǎn)。系統(tǒng)中所設(shè)計(jì)的成形濾波器頻域響應(yīng)如圖3所示。