通信收发信机新技术及雷达通信一体化信号源设计(2)

图7 BDDPSK调制整体框图

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其中BPSK调制框图及相应模块如图8和图9所示：

图8 BPSK调制框图 图9 BPSK调制模块

下面就各重要模块分别介绍：

(1) m序列发生器（1011100）

m序列是伪随机序列的一种，它的显著特点是：均衡性、预先可确定性和循环特性，在通信领域得到了广泛的应用。

本设计用一种带有两个反馈抽头的三级反馈移位寄存器得到一串“1011100”循环序列。通过更换时钟频率，可以方便地改变输入码元的速率。

m序列产生器的电路结构及相应模块如图10及图11所示。

图10 m序列产生电路

图11 m序列产生模块

(2) 正弦信号发生器

由于BDDPSK为模拟信号，而FPGA只能产生数字信号，这就需要正弦信号发生器，采用直接数字频率合成（DDS）技术产生所需的模拟信号。正弦波信号发生器可以用查找表来实现，实现框图如图12所示。正弦波查找表由Matlab产生，对一个正弦波周期进行抽样、量化、编码，编码深度为100，宽度为8。这样，得到的正弦波频率为

Kf fCLK (1)

100

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K=1时，有

1fCLK (2) 100

式1表示正弦信号发生器输出的频率分辨率，根据奈奎斯特准则，输出频率不能超过时钟频率的一半。在实际中，输出时钟频率最好限制在参考时钟频率的40%内。正弦信号发生器原理及用VHDL语言编程的模块如下图所示： f fmin

图12正弦信号发生器原理

(3) 信号跳变检测

图13 信号跳变检测电路

对于BDDPSK调制，在检测到基带码元的上升沿时，使输出波形相位跳变 即可，即在跳变沿处修改查找表地址指针，使地址指针加50并对结果模100，得到的即是倒相后的波形样值地址。跳变检测原理如图13图所示。

(4) 双差分编码

BDDPSK信号的双差分编码比较简单，按照公式3和公式4实现即可。

bn an bn 1 (3)

式中， 为模2加，bn 1为bn的前一码元，an为原始数据，bn 1最初值设定为0。 由以上规律，双差分编码规则

cn bn c n1 (4) 式中，cn 1最初值设定为0。

(5) 分频及倍频

分频由计数器实现，倍频由NCO数控振荡器实现。相应模块如下：

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图14 分频模块 图15 倍频模块

2.3 BDDPSK信号源的功能仿真结果

图16 触发脉冲、发送数据、双差分编码数据、双差分调制信号

图17 BDDPSK及其DSB调制信号

图18 BDDPSK及其DSB调制信号(放大)

2.4 正弦信号源及BDDPSK信号的硬件实现

由于开发板的性能关系，只在开发板上调试并运行了正弦信号源模块和BDDPSK调制模块，因为开发板上的DA是串行的，所以外接了并行的DA芯片，以产生模拟信号，所选用的DA芯片为高速DA芯片是AD公司推出的AD9708。AD9708是8位，125MSPS的DA转换芯片，内置1.2V参考电压，差分电流输出。

通过示波器观察，得到了的正弦信号和BDDPSK信号如图19和图20所示：

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图19 10MHz正弦波

图20 500kHz BDDPSK信号

此外，雷达通信一体化信号也在硬件上做了调试，但是由于DA的关系，在未发射信号时出现了高电平如图21所示，与我们设想的不太一致，如果时间充裕的话，需要做进一步的测试和讨论。

图21 一体化信号

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3 小结

目前，对于通信收发新机的研究还在继续，主要集中在现有技术的FPGA实现，如OFDM通信收发信机、MIMO通信收发信机，OFDM和MIMO作为4G的核心技术，对其研究的火热也是可以想见的，另外一个比较热门的领域就是雷达通信一体化收发信机，其采用软件无线电技术，在不改变雷达性能的基础上，使其具有通信能力。

学生在自己的FPGA开发板上尝试设计了雷达通信一体化信号源，由于芯片及开发板性能的原因，参数不能保证与雷达系统相同，但是其基本原理是一样的。尽管设计相对简单，但学生通过这样一个设计初步了解了FPGA开发的简单流程，收获颇多。

由于学生对QuartusII软件使用较为熟练，所以在设计中使用了此软件。本课程中也学习了ISE软件的使用，在使用ISE软件考核时得到的正弦、余弦波波形如图22。

图22 考核是得到的正/余弦波形

参考文献

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