專利名稱：基于無線擴頻通信的多點數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于無線擴頻通信的多點數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)主要采用直接序列擴頻通信技術(shù)，用于多個發(fā)射端與接收端之間同時進行的保密數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)易于擴展，配置靈活。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的擴頻數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)普遍存在硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳輸速度低等缺陷，另外傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)接收端在接收多個發(fā)射端的數(shù)據(jù)時普遍采用時分通信的方式，無法同時接收多個發(fā)射端的數(shù)據(jù)，這就極大降低了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率。本發(fā)明提供一種能夠同時進行多點高速傳輸數(shù)據(jù)、且抗干擾能力強、保密性好的擴頻數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，利用無線擴頻通信技術(shù)提供一種能夠同時進行多點高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率為20-801ApS，擴頻信號的帶寬為5MHz，中頻頻點為70MHz， 射頻通信頻率為400MHz。擴頻碼長度為31位到127位，同時系統(tǒng)在基帶數(shù)字信號處理中采用了多用戶檢測技術(shù)以去除系統(tǒng)的多址干擾。本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實現(xiàn)的一種基于無線擴頻通信的多點數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)含有可編程邏輯器、閃存、軟件配置接口、供電模塊、數(shù)據(jù)緩存器、用戶數(shù)據(jù)接口、直接數(shù)字頻率合成器、模擬上變頻電路、 帶通濾波器、低噪聲放大器、模擬下變頻電路、可控增益放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、時鐘分配器、 天線，其中1. 1.可編程邏輯器與用戶數(shù)據(jù)接口連接，接收或發(fā)送用戶數(shù)據(jù)，并且做數(shù)字信號處理的工作，同時可編程邏輯器作為主控制器控制外圍電路；1. 2.閃存、軟件配置接口、供電模塊和可編程邏輯器組成核心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，軟件配置接口用來下載應(yīng)用程序和配置文件，閃存用來存儲配置文件；數(shù)據(jù)緩存器用來作為數(shù)據(jù)處理過程中的緩存空間；1. 3.直接數(shù)字頻率合成器在可編程邏輯器控制下產(chǎn)生本地載波信號對擴頻后數(shù)據(jù)進行 BPSK (Binary Phase Shift Keying，二相相移鍵控)調(diào)制；1. 4.多點數(shù)據(jù)分別通過模擬上變頻電路、帶通濾波器以及低噪聲放大器、天線依次連接實現(xiàn)對發(fā)送端已調(diào)信號的上變頻和射頻信號發(fā)送過程；多點射頻信號分別通過無線信道傳輸?shù)浇邮斩?，低噪聲放大器、模擬下變頻電路和帶通濾波器依次相連實現(xiàn)對接收端多點射頻信號的模擬下變頻過程；1. 5.可控增益放大器與可編程邏輯器結(jié)合，完成對接收端輸入中頻模擬信號的自動增益控制；信號放大部分由可控增益放大器實現(xiàn)，由可編程邏輯器進行幅值檢測并產(chǎn)生控制字；
1. 6.模數(shù)轉(zhuǎn)換器、時鐘分配器在可編程邏輯器的控制下實現(xiàn)對接收端輸入中頻模擬信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過可編程邏輯器配置時鐘分配器來修改采樣頻率；前述的1. 1中的可編程邏輯器在發(fā)送端和接收端分做不同工作發(fā)送端的可編程邏輯器需要進行用戶數(shù)據(jù)的編碼和直接序列擴頻，同時控制直接數(shù)字頻率合成器；接收端的可編程邏輯器需要進行數(shù)字下變頻、碼同步解擴、去除干擾、載波同步解調(diào)、解碼等信號處理操作，同時控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器、時鐘分配器和可控增益放大器；前述的1. 3中，直接數(shù)字頻率合成器與帶通濾波器一起實現(xiàn)對數(shù)字信號的模擬轉(zhuǎn)換并得到頻率純凈的中頻模擬信號，之后利用模擬上變頻電路將中頻模擬信號變頻到高頻模擬信號，該信號依次通過低噪聲放大器、帶通濾波器，最終由天線發(fā)送出去；前述的1. 5中，可控增益放大器根據(jù)可編程邏輯器產(chǎn)生的控制字修改放大倍數(shù)， 實現(xiàn)自動增益控制功能，具體實現(xiàn)方法如下4. 1.中頻模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣后送給可編程邏輯器進行電平檢測，可編程邏輯器連續(xù)計算設(shè)定數(shù)量的采樣信號點絕對值之和作為信號電平幅值的檢測結(jié)果；4. 2.可編程邏輯器將電平檢測結(jié)果與期望電平值相減，得到實際信號幅值與期望幅值之間的差值，根據(jù)此差值信號計算得到當(dāng)前時刻對可控增益放大器的控制字信號；4. 3.可編程邏輯器輸出控制字信號修改當(dāng)前時刻可控增益放大器的放大倍數(shù)。本發(fā)明一種基于無線擴頻通信的多點數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢和有益效果發(fā)射端和接收端均采用了模塊化軟硬件設(shè)計，將系統(tǒng)主要的信號處理工作放在可編程邏輯器中實現(xiàn)，簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)功耗和體積。同時接收端采用數(shù)字中頻接收技術(shù)在中頻對信號進行采樣，數(shù)字中頻接收技術(shù)的瞬時處理信號帶寬大大增加，動態(tài)范圍較大，可擴展性較好，靈活性較高，同時由于接收機中減少了模擬環(huán)節(jié)，使前端引入的噪聲更少、信號失真更小、電路更簡潔。接收端采用并行處理接收數(shù)據(jù)的方式，軟件處理過程模塊化實現(xiàn)，針對不同發(fā)射端只需修改幾個參數(shù)即可實現(xiàn)準(zhǔn)確接收。同時系統(tǒng)擴容方法簡單，發(fā)送端數(shù)量增加時對應(yīng)增加接收端軟件模塊即可。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)基本框圖；圖2(a)為本發(fā)明的發(fā)射端硬件模塊圖；圖2 (b)為發(fā)送端可編程邏輯器內(nèi)部功能模塊框圖；圖3(a)為本發(fā)明的接收端硬件模塊圖；圖3 (b)為接收端可編程邏輯器內(nèi)部功能模塊框圖；圖4為自動增益控制結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。其中1為可編程邏輯器；2為閃存；3為軟件配置接口 ；4為供電模塊；5為數(shù)據(jù)緩存器；6為用戶數(shù)據(jù)接口 ；7為直接數(shù)字頻率合成器；8為模擬上變頻電路；9為帶通濾波器； 10為低噪聲放大器；11為模擬下變頻電路；12為可控增益放大器；13為模數(shù)轉(zhuǎn)換器；14為時鐘分配器；15為天線。
具體實施例方式以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的實施例做進一步的說明本發(fā)明的系統(tǒng)基本框圖為圖1，本系統(tǒng)從宏觀上可以實現(xiàn)一對一和多對一的擴頻無線數(shù)據(jù)傳輸。用戶數(shù)據(jù)在發(fā)送端完成直序擴頻和BPSK(Binary Phase Shift Keying, 二相相移鍵控)調(diào)制之后上變頻無線發(fā)送出去，在接收端進行下變頻以及同步解擴和同步解調(diào)后恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)為一對一數(shù)據(jù)傳輸時，可以采用31位擴頻碼，此時系統(tǒng)的傳輸速度為SOlcbps ；當(dāng)系統(tǒng)為多對一傳輸時，采用127位擴頻碼，此時系統(tǒng)傳輸速度為 20kbps ο圖加所示為本發(fā)明的發(fā)送端硬件模塊圖，發(fā)送端軟件程序由軟件配置接口 3下載到閃存2中，發(fā)送端上電開始工作后可編程邏輯器1從閃存2中將程序和配置文件載入開始工作。發(fā)送端的可編程邏輯器1的任務(wù)是對用戶數(shù)據(jù)進行信源編碼、擴頻編碼；通過控制線對直接數(shù)字頻率合成器7進行配置，對模擬上變頻電路8中的本振進行配置?？删幊踢壿嬈?的內(nèi)部功能邏輯如圖2b所示。擴頻編碼部分采用直接序列擴頻，31位擴頻碼為m序列，127位擴頻序列為GOLD碼序列(Robert S. Gold發(fā)明的一種碼序列)。經(jīng)過擴頻后的數(shù)字信號經(jīng)過直接數(shù)字頻率合成器7將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，之后送到模擬上變頻電路 8上變頻到射頻頻率400MHz，然后再經(jīng)過帶通濾波器9對信號進行濾波處理，低噪聲放大器 10對射頻信號進行相應(yīng)的功率放大，最后通過天線15發(fā)送出去。圖3a為本發(fā)明的接收端硬件模塊圖，類似發(fā)送端設(shè)計，接收端軟件程序也由軟件配置接口 3下載到閃存2中，上電后可編程邏輯器1從閃存2中將程序和配置文件載入開始工作。接收端的可編程邏輯器1的任務(wù)是對模數(shù)轉(zhuǎn)換器13輸出的中頻數(shù)字信號進行數(shù)字下變頻、碼同步解擴、載波同步解調(diào)、差分解碼；并且通過控制線對模數(shù)轉(zhuǎn)換器13、時鐘分配器14、模擬下變頻電路11中的本振、可控增益放大器12進行相應(yīng)的初始化和控制操作。 無論系統(tǒng)采用一對一或多對一結(jié)構(gòu)，前端模擬處理部分都做相同處理，即天線15將接收到的射頻信號經(jīng)過帶通濾波器9進行前端濾波處理后送給低噪聲放大器10做模擬放大處理， 再通過模擬下變頻電路11進行模擬下變頻將射頻信號變頻到70MHz，然后送給可控增益放大器12進行采樣前的可控增益放大，將中頻模擬信號的幅值放大到范圍[_1，1]間。經(jīng)過可控放大的中頻模擬信號送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器13進行采樣，此處引入帶寬采樣技術(shù)以80MHz采樣率將中頻模擬信號進行采樣和一次下變頻處理，得到IOMHz的數(shù)字信號作為采樣輸出，并將此數(shù)字信號經(jīng)由數(shù)據(jù)緩存器5送給可編程邏輯器1。可編程邏輯器1的內(nèi)部功能邏輯如圖北所示。數(shù)字下變頻模塊接收到采樣后數(shù)字信號為10MHz，經(jīng)過數(shù)字下變頻到2. 5MHz。 數(shù)字下變頻之后的數(shù)字濾波和碼同步解擴、載波同步解調(diào)以及差分解碼等操作都是針對此 2. 5MHz基帶數(shù)字信號進行。圖4所示為自動增益控制結(jié)構(gòu)圖，此部分目的是將模擬中頻信號幅值可控放大到模數(shù)轉(zhuǎn)換器13所規(guī)定的幅值范圍[_1，1]間?？删幊踢壿嬈?通過控制線對可控增益放大器12進行相應(yīng)控制操作，其中控制線包含1條功耗模式控制線和5條增益控制線。當(dāng)功耗模式控制線為0. 8V以下時可控增益放大器12工作在低功耗模式。5條增益控制線用來傳輸可編程邏輯器1產(chǎn)生的控制字信號，一共對應(yīng)25種放大倍數(shù)?？刂谱之a(chǎn)生的過程考慮實際情況中可能出現(xiàn)信號過小或中斷情況，此時無論怎樣放大都不能落到期望值范圍內(nèi)，這會引起環(huán)路濾波器的溢出，起不到自動增益控制的作用。因此程序設(shè)計中加入一個鑒別模塊，當(dāng)連續(xù)多個信號幅值小于設(shè)定最小值時會將標(biāo)識信號sign設(shè)為‘1’，同時將放大倍數(shù)設(shè)為最大；如果期間信號幅值大于此門限，則將標(biāo)識信號sign設(shè)為‘0’，并進行可控放大。
圖5所示為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，此處用η個發(fā)送端同時發(fā)送，接收端并行接收的結(jié)構(gòu)。每個用戶分別將自己的傳輸數(shù)據(jù)通過用戶數(shù)據(jù)接口 6傳送給可編程邏輯器1，在此處完成對用戶數(shù)據(jù)的差分編碼、直序擴頻。擴頻過程分別選用分配好的擴頻碼，此處針對用戶數(shù)量和傳輸速度可以選擇31位m序列或者127位GOLD碼序列。擴頻后的信號在可編程邏輯器1的控制下完成BPSK調(diào)制，得到中頻模擬信號。中頻模擬信號通過模擬上變頻、 濾波、功率放大操作后通過天線15發(fā)送出去。接收端模擬部分處理完成功率放大、模擬下變頻和濾波以及可控增益放大處理后送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器13進行采樣，采樣后得到IOMHz數(shù)字信號，將此數(shù)字信號送到可編程邏輯器1中進行數(shù)字下變頻處理得到2. 5MHz的基帶數(shù)字信號，對此基帶數(shù)字信號分別采用不同用戶擴頻碼進行碼同步解擴，同時去除相互間干擾，之后進行載波同步解調(diào)，最后進行差分解碼得到每個用戶數(shù)據(jù)。上述過程并行處理同步進行， 實現(xiàn)多路用戶數(shù)據(jù)的同時接收。
權(quán)利要求
1. 一種基于無線擴頻通信的多點數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)含有可編程邏輯器(1)、閃存 O)、軟件配置接口(3)、供電模塊G)、數(shù)據(jù)緩存器(5)、用戶數(shù)據(jù)接口(6)、直接數(shù)字頻率合成器(7)、模擬上變頻電路(8)、帶通濾波器(9)、低噪聲放大器(10)、模擬下變頻電路(11)、 可控增益放大器(12)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(13)、時鐘分配器(14)、天線(15)，其特征在于·1. 1.可編程邏輯器(1)與用戶數(shù)據(jù)接口(6)連接，接收或發(fā)送用戶數(shù)據(jù)，并且做數(shù)字信號處理的工作，同時可編程邏輯器(1)作為主控制器控制外圍電路；·1.2.閃存O)、軟件配置接口(3)、供電模塊(4)和可編程邏輯器(1)組成核心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，軟件配置接口( 用來下載應(yīng)用程序和配置文件，閃存( 用來存儲配置文件；數(shù)據(jù)緩存器(4)用來作為數(shù)據(jù)處理過程中的緩存空間；·1. 3.直接數(shù)字頻率合成器(7)在可編程邏輯器(1)控制下產(chǎn)生本地載波信號對擴頻后數(shù)據(jù)進行BPSK (Binary Phase Shift Keying，二相相移鍵控)調(diào)制；·1. 4.多點數(shù)據(jù)分別通過模擬上變頻電路(8)、帶通濾波器(9)以及低噪聲放大器(10)、 天線(1 依次連接實現(xiàn)對發(fā)送端已調(diào)信號的上變頻和射頻信號發(fā)送過程；多點疊加射頻信號分別通過無線信道傳輸?shù)浇邮斩耍驮肼暦糯笃?10)、模擬下變頻電路(11)和帶通濾波器(9)依次相連實現(xiàn)對接收端多點射頻信號的模擬下變頻過程；·1.5.可控增益放大器(1 與可編程邏輯器(1)結(jié)合，完成對接收端輸入中頻模擬信號的自動增益控制；信號放大部分由可控增益放大器(12)實現(xiàn)，由可編程邏輯器(1)進行幅值檢測并產(chǎn)生控制字；·1.6.模數(shù)轉(zhuǎn)換器(13)、時鐘分配器(14)在可編程邏輯器(1)的控制下實現(xiàn)對接收端輸入中頻模擬信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過可編程邏輯器(1)配置時鐘分配器(14)來修改采樣頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于無線擴頻通信的多點數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述的1. 1中的可編程邏輯器(1)在發(fā)送端和接收端分做不同工作發(fā)送端的可編程邏輯器(1)需要進行用戶數(shù)據(jù)的編碼和直接序列擴頻，同時控制直接數(shù)字頻率合成器 (7)；接收端的可編程邏輯器(1)需要進行數(shù)字下變頻、碼同步解擴、去除干擾、載波同步解調(diào)、解碼等信號處理操作，同時控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器(13)、時鐘分配器(14)和可控增益放大器 (13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于無線擴頻通信的多點數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述的1. 3中，直接數(shù)字頻率合成器(7)與帶通濾波器(9) 一起實現(xiàn)對數(shù)字信號的模擬轉(zhuǎn)換并得到頻率純凈的中頻模擬信號，之后利用模擬上變頻電路(8)將中頻模擬信號變頻到高頻模擬信號，該信號依次通過低噪聲放大器(10)、帶通濾波器(9)，最終由天線(15)發(fā)送出去ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于無線擴頻通信的多點數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述的1. 5中，可控增益放大器(1 根據(jù)可編程邏輯器(1)產(chǎn)生的控制字修改放大倍數(shù)，實現(xiàn)自動增益控制功能，具體實現(xiàn)方法如下；·4. 1.中頻模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(1 采樣后送給可編程邏輯器(1)進行電平檢測， 可編程邏輯器(1)連續(xù)計算設(shè)定數(shù)量的采樣信號點絕對值之和作為信號電平幅值的檢測結(jié)果；·4.2.可編程邏輯器(1)將電平檢測結(jié)果與期望電平值相減，得到實際信號幅值與期望幅值之間的差值，根據(jù)此差值信號計算得到當(dāng)前時刻對可控增益放大器(1 的控制字信號；·4. 3.可編程邏輯器(1)輸出控制字信號修改當(dāng)前時刻可控增益放大器(1 的放大倍數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無線擴頻通信的多點數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，發(fā)射端和接收端均采用了模塊化軟硬件設(shè)計，將系統(tǒng)主要的信號處理工作放在可編程邏輯器中實現(xiàn)，簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)功耗和體積。同時接收端采用數(shù)字中頻接收技術(shù)在中頻對信號進行采樣，數(shù)字中頻接收技術(shù)的瞬時處理信號帶寬大大增加，動態(tài)范圍較大，可擴展性較好，靈活性較高，同時由于接收機中減少了模擬環(huán)節(jié)，使前端引入的噪聲更少、信號失真更小、電路更簡潔。接收端采用并行處理接收數(shù)據(jù)的方式，軟件處理過程模塊化實現(xiàn)，針對不同發(fā)射端只需修改幾個參數(shù)即可實現(xiàn)準(zhǔn)確接收。同時系統(tǒng)擴容方法簡單，發(fā)送端數(shù)量增加時對應(yīng)增加接收端軟件模塊即可。
文檔編號H04B1/707GK102368689SQ201110313160
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者樂磊, 呂英明, 李國峰, 蘇軍龍, 詹明靜, 陳皓 申請人:北京正唐科技有限責(zé)任公司