基于DSP/FPGA的超高速跳頻系統(tǒng)基帶設(shè)計與實現(xiàn)

　　本系統(tǒng)采用了2FSK調(diào)制方式。2FSK調(diào)制實際上就是根據(jù)二進制碼流的極性輸出頻率f0（頻點0）或頻率f1（頻點1），跳頻通信系統(tǒng)根據(jù)跳頻圖案決定載波頻率，但歸根結(jié)底就是改變DDS的輸出信號頻率。

　　本設(shè)計采用了相干解調(diào)方式，圖5給出FPGA的正交NCO相干解調(diào)邏輯圖。

　　圖5中ACC為32bit相位累加器，Sub32提供π/2的相位平移得到Q支路的波表地址，Lanch32的作用是使相位累加器的輸出結(jié)果延時一個時鐘周期，保持I、Q支路嚴格同步，因為Sub32的運算會使Q支路延時一個時鐘周期。雙口ROM存儲余弦表，同時產(chǎn)生I支路和Q支路的波形。

　　正交NCO、數(shù)字混頻器、低通濾波和采樣調(diào)整模塊共同構(gòu)成了解調(diào)單元DeModulationLogic。DeModulationLogic在FPGA系統(tǒng)中的位置如圖6所示。

　　3.3 跳頻序列的DSP控制設(shè)計

　　跳頻序列是決定跳頻通信系統(tǒng)跳頻圖案的偽隨機序列。對跳頻序列的要求是循環(huán)周期長、最小碼距大、隨機性強等。本設(shè)計采用了理論研究最完備、易于產(chǎn)生的m序列作為跳頻序列，在DSP中通過軟件實現(xiàn)對偶頻帶法對最小跳頻間隔的控制，DSP判斷相鄰兩次生成的m序列的碼距是否符合要求。若不符合最小碼距的要求，則跳到此次生成碼的對偶頻道上去。如圖7所示。

　　3.4 同步設(shè)計

　　同步是跳頻通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。跳頻通信系統(tǒng)的同步包括載波同步、位同步和幀同步（跳頻圖案同步）。

　　由于本設(shè)計采用2FSK調(diào)制解調(diào)方式，所以僅需要接收端提供一個與所接收到的載波信號同頻的本地載波信號即可，因而可以不進行載波跟蹤，直接通過設(shè)置頻率合成器的頻率控制字實現(xiàn)收發(fā)同頻即可實現(xiàn)載波同步。

　　位同步是以解調(diào)電路為基礎(chǔ)的。由于碼速率較高，位同步運算大都在FPGA中通過硬件完成。

　　圖8（a）是沒有同步時的示波器波形圖，圖8（b）是同步后的示波器波形圖。通道一（上方）是發(fā)送端的發(fā)送脈沖，通道二（下方）是接收端的位同步脈沖。位同步以后，接收端的位同步脈沖和發(fā)射端的發(fā)射脈沖完全對齊，波動范圍不超過1μs， 最大偏移不超過碼元寬度的4％。圖中，時間：5μs/格；電壓2V/格（上）；電壓2V/格（下）。

　　跳頻圖案同步是跳頻通信系統(tǒng)中特有的同步概念，它是指接收方的跳頻圖案與發(fā)射方跳頻圖案保持一致的過程或狀態(tài)。在跳頻通信系統(tǒng)中，幀同步和跳頻圖案同步概念相似，有時候不加區(qū)分， 本設(shè)計選用13位巴克碼{1，1，1，1，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1}作為幀同步信號。圖9是FPGA中信號跳頻圖案同步示意圖。

　　最上方信號是發(fā)射端跳頻序列的波形；中間信號是接收端跳頻序列的波形；最下方是幀同步信號。當識別到巴克碼時，幀同步信號出現(xiàn)一負脈沖，完成接收端調(diào)頻序列發(fā)生器反饋系數(shù)和初始相位的加載。從圖9中可知：（1）接收端跳頻序列與發(fā)射端跳頻序列變化規(guī)律一致，跳頻圖案同步成功；（2）最小碼距滿足要求，通過對偶頻帶法得到寬間隔跳頻序列成功。

　　本文對跳頻通信技術(shù)及基帶各關(guān)鍵模塊進行了深入探討和分析，給出了高速跳頻通信系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計，并通過軟件無線電技術(shù)對其進行實現(xiàn)。

　　系統(tǒng)以TI公司DSP為中心控制單元，Altera公司的FPGA為硬件邏輯平臺，AD公司的DDS為頻率合成器，采用2FSK調(diào)制解調(diào)方式，超前滯后支路的位同步方式，TOD跳頻圖案同步方式，以m序列作為跳頻序列，輔助對偶跳頻間隔控制手段，實現(xiàn)了高速、寬間隔跳頻通信系統(tǒng)。系統(tǒng)達到40kbps的跳頻速度，1 024個跳頻頻道，108M～189.84MHz的跳頻帶寬，400kHz的最小跳頻間隔，小于0.5s的入網(wǎng)時間以及小于30s的同步最大時差。

　　本高速跳頻通信系統(tǒng)與同類系統(tǒng)相比最大的優(yōu)勢體現(xiàn)在它40kbps的超高速跳頻速率和近百兆的跳頻帶寬上。通過與國內(nèi)外類似系統(tǒng)進行比較，40kbps的跳頻速率處于技術(shù)領(lǐng)先位置。各關(guān)鍵模塊性能優(yōu)良，接口一致且工作穩(wěn)定，可以靈活組合成多種數(shù)字通信系統(tǒng)的基帶部分。相信本文對今后數(shù)字通信系統(tǒng)基帶部分的研究和實現(xiàn)具有很強的借鑒意義。