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扩频对讲机扩频模块设计

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扩频对讲机扩频模块设计 (毕业论文49页、21628字)

摘要:扩频通信技术由于具有抗干扰性强、保密性好等特点,它在上世纪八十年代之前在军事通信领域中发挥了重要的作用。随着科技的进步,它可以实现多址通信的特点使得扩频通信在民用移动通信领域获得了迅猛的发展和广泛的应用。由于直接序列扩频系统具有应用广泛、实现简单的特点,本文采用该技术对对讲机扩频模块进行设计。文中阐述了扩频对讲机的主要的技术理论和相关的硬件构成。扩频对讲机硬件电路包括时钟电路模块、PN码发射电路、同步码字发射与扩频模块、BPSK调制模块、BPSK解调模块、接收机同步与解扩模块。经调试实现了时钟的产生、时钟的分频、M序列的产生等功能。

关键词:扩频;M序列;同步

 
The Design of Spread Spectrum Module of Spread Spectrum Interphone

Abstract: Due to the good quality in anti-jamming and maintaining secret, spread sequence communication technology played an important role in military communication before 1980s. With the development of science and technology, the character of spread sequence communication technology-realizing multiple access communication, makes spread sequence communication develop rapidly and be used extensively in citizen mobile communication. Direct sequence spread sequence system is used in this design, because it can be used widely and realized easily. This paper explains the main technical theory of spread sequence interphones and related hardware. The hardware circuit of SS interphones consists of clock circuit module, PN code transmitting circuit, synchronous code transmission and SS module, BPSK modified module, BPSK de-modified module, receiving synchronization and de-spread module. Through debugging, the function of generation of the clock, frequency-division of clock and generation of M sequence has been accomplished.

Key Words:  spread spectrum,  M sequence,  synchronization
目    录

第1章  绪论 1
1.1  扩频通信技术概述 1
1.2  扩频通信技术的发展与研究现状 1
1.3  扩频通信技术的应用 2
1.4  本论文的研究内容 2
第2章  扩频通信的相关技术 4
2.1  扩频通信的分类 4
2.1.1  直接序列系统 4
2.1.2  跳频系统 4
2.1.3  跳时系统 4
2.2  扩频通信的理论基础 5
2.3  直接序列扩频系统 6
2.3.1  直接扩频系统的组成与原理 6
2.3.2  扩频信号的频谱分析 7
2.4  伪随机码 8
2.5  M序列 9
2.5.1  M序列的产生 9
2.5.2  本原多项式 12
2.5.3  M序列的性质 13
2.6  二进制相移键控(BPSK) 15
2.6.1  BPSK信号调制原理 15
2.6.2  BPSK信号的解调原理 15
2.7  扩频信号的捕捉与同步 17
2.7.1  发射同步码字法 17
2.7.2  滑动相关搜捕法 18
2.7.3  匹配滤波器法 18
第3章  扩频模块的硬件实现 21
3.1  时钟电路 21
3.2  同步码字发射和扩频电路 23
3.3  BPSK调制电路与解调电路 26
3.3.1  BPSK调制电路 26
3.3.2  BPSK解调电路 28
3.4  接收机同步和解扩电路 31
3.5  硬件电路的输出结果分析 33
3.5.1  时钟电路的调试 33
3.5.2  分频电路的调试 34
3.5.3  M序列发生器的调试 35
第4章  扩频通信的性能分析及应用 37
4.1  扩频通信的抗干扰性能分析 37
4.2  扩频通信系统的多址技术的应用 38
4.2.1  矿井通信 38
4.2.2  多址技术的应用 39
结论 40
致谢 41
参考文献 42
附录 44

 
第1章  绪  论
1.1  扩频通信技术概述
扩频通信,即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication),与光纤通信、卫星通信,一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。
扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列:Spread Sequence)调制,实现频谱扩展后再传输;接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理,恢复原始信息数据。
扩频通信系统与常说的CDMA(Code Division Multiple Access)通信具有密切的联系。CDMA通信是把相互正交或者尽可能正交的不同编码分配给不同用户调制信号,实现多用户同时使用同一频率接入系统和网络的通信,即码分多址通信。采用相互正交的或者尽可能正交的编码去调制信号,会将原信号的信号频谱带宽展宽,因此,从这种意义上把它称之为扩展频谱通信系统。
1.2  扩频通信技术的发展与研究现状
    扩频通信最早应用于军事领域。上个世纪50年代美国麻省理工学院研究成功NOMAC(Noise Modulation and Correlation System)系统,成为扩频通信研究发展的开端,从此,军事通信机关对军事通信、空间探测、卫星侦察等方面广泛应用扩频通信方式的研究十分活跃。1985年5月美国联邦通信委员会(FCC)制订了民用公共安全、工业、科学与医疗和业余无线电采用扩频通信的标准与规范,明确规定公共安全用37MHZ~952MHZ,最大输出功率位为2W的电台;工业和科学医疗用902MHZ~928MHZ、2.4GHZ~2.5GHZ、5.725GHZ~5.85GHZ三个频段。最大的输出功率为100mW[1]。世界各国相继行动,组织扩频通信专业研究机构和学术团体,开始了对扩频通信的深入研究和广泛应用。
    1999年,在火爆的移动通信领域,世界目光的焦点是3G(Third Generation)标准。3G即第三代移动通信技术。1999年在芬兰赫尔辛基召开的ITU-R TG8/1最后一次会议上顺利确定了3G无线接口标准,即IMT-2000无线接口技术规范协议。基于折椅全球统一的标准,用户可以实现全球漫游。世界各国科技界都预测到3G的巨大潜力与市场价值,纷纷提出自己的建议与标准,其中最有影响的是欧洲的WCDMA、美国的CDMA-2000以及我国提出的拥有自主知识产权的TD-CDMA[2][3]。2001年3月,TD-CDMA标准被正式写入3GPP Release 4,这也是TD-CDMA发展是上的一个重要的里程碑。而基于扩频理论的CDMA技术更是成为国际电联3G标准的主流技术[4]。
从2004年开始,全球的3G 市场开始快速发展,进入2005年,在商用网络建设上逐渐进入稳定增长的时期,业务发展和用户数量继续快速增长,产业链和技术市场越来越成熟。截至2005年6月底的统计数据显示,全球使用CDMA2000和WCDMA等3G技术的用户已经达到了1.87亿人以上[5]。2006年,随着我国3G牌照的发放,3G用户得到了迅猛增长。《海外领先运营商3G业务营销策略研究年度综合报告2006》研究显示:当前海外3G用户已经突破3.24亿。
随着技术的融合,业务需求的增长,最终在全球范围内3G将全面取代2G网络。这样便确立了以扩频通信理论为基础的CDMA通信技术在当今移动通信领域中的稳固地位,把扩频CDMA通信的研究、应用与发展推向了一个全新的阶段。
1.3  扩频通信技术的应用
扩展频谱的通信方式与常规的窄带通信方式是有区别的:一是信息的频谱扩展后形成宽带传输;二是相关处理后恢复成窄带信息数据。正是由于这两大特点,使扩频通信有很多优点:抗干扰、抗噪音、抗多径衰落、具有保密性、功率谱密度低,具有隐蔽性和低的截获概率、可多址复用和任意选址、高精度测量等。
正是由于扩频通信技术具有上述优点,自50年代中期美国军方便开始研究,一直为军事通信所独占,广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到80年代初才被应用于民用通信领域[6]。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源,各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术,扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。
1.4  本论文的研究内容
    本篇论文深刻理解扩频通信理论的基础上,设计了扩频对讲机的扩频模块。鉴于多平方面的原因,在此没有用扩频的专用芯片,而是用分立器件设计的。在第二章详细论述与扩频通信技术相关的概念与基本原理的基础上,第三章给出了硬件的实现电路,并且对硬件的输出结果进行了分析。最后,对扩频通信技术的抗干扰性能和扩频通信的应用进行了讨论。

 

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