CN102368689A - 基于无线扩频通信的多点数据传输*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线扩频通信的多点数据传输***，发射端和接收端均采用了模块化软硬件设计，将***主要的信号处理工作放在可编程逻辑器中实现，简化了硬件结构，降低了***功耗和体积。同时接收端采用数字中频接收技术在中频对信号进行采样，数字中频接收技术的瞬时处理信号带宽大大增加，动态范围较大，可扩展性较好，灵活性较高，同时由于接收机中减少了模拟环节，使前端引入的噪声更少、信号失真更小、电路更简洁。接收端采用并行处理接收数据的方式，软件处理过程模块化实现，针对不同发射端只需修改几个参数即可实现准确接收。同时***扩容方法简单，发送端数量增加时对应增加接收端软件模块即可。

Description

基于无线扩频通信的多点数据传输***

技术领域

本发明涉及一种基于无线扩频通信的多点数据传输***，***主要采用直接序列扩频通信技术，用于多个发射端与接收端之间同时进行的保密数据传输，***易于扩展，配置灵活。

背景技术

现有的扩频数据传输***普遍存在硬件结构复杂，数据传输速度低等缺陷，另外传统数据传输***接收端在接收多个发射端的数据时普遍采用时分通信的方式，无法同时接收多个发射端的数据，这就极大降低了***的数据传输效率。

本发明提供一种能够同时进行多点高速传输数据、且抗干扰能力强、保密性好的扩频数据传输***。

发明内容

本发明的目的在于，利用无线扩频通信技术提供一种能够同时进行多点高速数据传输的***。***数据传输速率为20-80kbps，扩频信号的带宽为5MHz，中频频点为70MHz，射频通信频率为400MHz。扩频码长度为31位到127位，同时***在基带数字信号处理中采用了多用户检测技术以去除***的多址干扰。

本发明是采用以下技术手段实现的：

一种基于无线扩频通信的多点数据传输***，***含有可编程逻辑器、闪存、软件配置接口、供电模块、数据缓存器、用户数据接口、直接数字频率合成器、模拟上变频电路、带通滤波器、低噪声放大器、模拟下变频电路、可控增益放大器、模数转换器、时钟分配器、天线，其中：

1.1.可编程逻辑器与用户数据接口连接，接收或发送用户数据，并且做数字信号处理的工作，同时可编程逻辑器作为主控制器控制***电路；

1.2.闪存、软件配置接口、供电模块和可编程逻辑器组成核心数据处理***，软件配置接口用来下载应用程序和配置文件，闪存用来存储配置文件；数据缓存器用来作为数据处理过程中的缓存空间；

1.3.直接数字频率合成器在可编程逻辑器控制下产生本地载波信号对扩频后数据进行BPSK(Binary Phase Shift Keying，二相相移键控)调制；

1.4.多点数据分别通过模拟上变频电路、带通滤波器以及低噪声放大器、天线依次连接实现对发送端已调信号的上变频和射频信号发送过程；多点射频信号分别通过无线信道传输到接收端，低噪声放大器、模拟下变频电路和带通滤波器依次相连实现对接收端多点射频信号的模拟下变频过程；

1.5.可控增益放大器与可编程逻辑器结合，完成对接收端输入中频模拟信号的自动增益控制；信号放大部分由可控增益放大器实现，由可编程逻辑器进行幅值检测并产生控制字；

1.6.模数转换器、时钟分配器在可编程逻辑器的控制下实现对接收端输入中频模拟信号的模数转换，通过可编程逻辑器配置时钟分配器来修改采样频率；

前述的1.1中的可编程逻辑器在发送端和接收端分做不同工作：发送端的可编程逻辑器需要进行用户数据的编码和直接序列扩频，同时控制直接数字频率合成器；接收端的可编程逻辑器需要进行数字下变频、码同步解扩、去除干扰、载波同步解调、解码等信号处理操作，同时控制模数转换器、时钟分配器和可控增益放大器；

前述的1.3中，直接数字频率合成器与带通滤波器一起实现对数字信号的模拟转换并得到频率纯净的中频模拟信号，之后利用模拟上变频电路将中频模拟信号变频到高频模拟信号，该信号依次通过低噪声放大器、带通滤波器，最终由天线发送出去；

前述的1.5中，可控增益放大器根据可编程逻辑器产生的控制字修改放大倍数，实现自动增益控制功能，具体实现方法如下：

4.1.中频模拟信号经过模数转换器采样后送给可编程逻辑器进行电平检测，可编程逻辑器连续计算设定数量的采样信号点绝对值之和作为信号电平幅值的检测结果；

4.2.可编程逻辑器将电平检测结果与期望电平值相减，得到实际信号幅值与期望幅值之间的差值，根据此差值信号计算得到当前时刻对可控增益放大器的控制字信号；

4.3.可编程逻辑器输出控制字信号修改当前时刻可控增益放大器的放大倍数。

本发明一种基于无线扩频通信的多点数据传输***，与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：

发射端和接收端均采用了模块化软硬件设计，将***主要的信号处理工作放在可编程逻辑器中实现，简化了硬件结构，降低了***功耗和体积。同时接收端采用数字中频接收技术在中频对信号进行采样，数字中频接收技术的瞬时处理信号带宽大大增加，动态范围较大，可扩展性较好，灵活性较高，同时由于接收机中减少了模拟环节，使前端引入的噪声更少、信号失真更小、电路更简洁。

接收端采用并行处理接收数据的方式，软件处理过程模块化实现，针对不同发射端只需修改几个参数即可实现准确接收。同时***扩容方法简单，发送端数量增加时对应增加接收端软件模块即可。

附图说明

图1为本发明的***基本框图；

图2(a)为本发明的发射端硬件模块图；

图2(b)为发送端可编程逻辑器内部功能模块框图；

图3(a)为本发明的接收端硬件模块图；

图3(b)为接收端可编程逻辑器内部功能模块框图；

图4为自动增益控制结构图；

图5为本发明的***结构原理图。

其中：1为可编程逻辑器；2为闪存；3为软件配置接口；4为供电模块；5为数据缓存器；6为用户数据接口；7为直接数字频率合成器；8为模拟上变频电路；9为带通滤波器；10为低噪声放大器；11为模拟下变频电路；12为可控增益放大器；13为模数转换器；14为时钟分配器；15为天线。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的实施例做进一步的说明：

本发明的***基本框图为图1，本***从宏观上可以实现一对一和多对一的扩频无线数据传输。用户数据在发送端完成直序扩频和BPSK(Binary Phase Shift Keying，二相相移键控)调制之后上变频无线发送出去，在接收端进行下变频以及同步解扩和同步解调后恢复出原始数据。当***为一对一数据传输时，可以采用31位扩频码，此时***的传输速度为80kbps；当***为多对一传输时，采用127位扩频码，此时***传输速度为20kbps。

图2a所示为本发明的发送端硬件模块图，发送端软件程序由软件配置接口3下载到闪存2中，发送端上电开始工作后可编程逻辑器1从闪存2中将程序和配置文件载入开始工作。发送端的可编程逻辑器1的任务是对用户数据进行信源编码、扩频编码；通过控制线对直接数字频率合成器7进行配置，对模拟上变频电路8中的本振进行配置。可编程逻辑器1的内部功能逻辑如图2b所示。扩频编码部分采用直接序列扩频，31位扩频码为m序列，127位扩频序列为GOLD码序列(Robert S.Gold发明的一种码序列)。经过扩频后的数字信号经过直接数字频率合成器7将数字信号转换为模拟信号，之后送到模拟上变频电路8上变频到射频频率400MHz，然后再经过带通滤波器9对信号进行滤波处理，低噪声放大器10对射频信号进行相应的功率放大，最后通过天线15发送出去。

图3a为本发明的接收端硬件模块图，类似发送端设计，接收端软件程序也由软件配置接口3下载到闪存2中，上电后可编程逻辑器1从闪存2中将程序和配置文件载入开始工作。接收端的可编程逻辑器1的任务是对模数转换器13输出的中频数字信号进行数字下变频、码同步解扩、载波同步解调、差分解码；并且通过控制线对模数转换器13、时钟分配器14、模拟下变频电路11中的本振、可控增益放大器12进行相应的初始化和控制操作。无论***采用一对一或多对一结构，前端模拟处理部分都做相同处理，即天线15将接收到的射频信号经过带通滤波器9进行前端滤波处理后送给低噪声放大器10做模拟放大处理，再通过模拟下变频电路11进行模拟下变频将射频信号变频到70MHz，然后送给可控增益放大器12进行采样前的可控增益放大，将中频模拟信号的幅值放大到范围[-1，1]间。经过可控放大的中频模拟信号送到模数转换器13进行采样，此处引入带宽采样技术以80MHz采样率将中频模拟信号进行采样和一次下变频处理，得到10MHz的数字信号作为采样输出，并将此数字信号经由数据缓存器5送给可编程逻辑器1。可编程逻辑器1的内部功能逻辑如图3b所示。数字下变频模块接收到采样后数字信号为10MHz，经过数字下变频到2.5MHz。数字下变频之后的数字滤波和码同步解扩、载波同步解调以及差分解码等操作都是针对此2.5MHz基带数字信号进行。

图4所示为自动增益控制结构图，此部分目的是将模拟中频信号幅值可控放大到模数转换器13所规定的幅值范围[-1，1]间。可编程逻辑器1通过控制线对可控增益放大器12进行相应控制操作，其中控制线包含1条功耗模式控制线和5条增益控制线。当功耗模式控制线为0.8V以下时可控增益放大器12工作在低功耗模式。5条增益控制线用来传输可编程逻辑器1产生的控制字信号，一共对应25种放大倍数。控制字产生的过程考虑实际情况中可能出现信号过小或中断情况，此时无论怎样放大都不能落到期望值范围内，这会引起环路滤波器的溢出，起不到自动增益控制的作用。因此程序设计中加入一个鉴别模块，当连续多个信号幅值小于设定最小值时会将标识信号sign设为‘1’，同时将放大倍数设为最大；如果期间信号幅值大于此门限，则将标识信号sign设为‘0’，并进行可控放大。

图5所示为本发明的***结构原理图，此处用n个发送端同时发送，接收端并行接收的结构。每个用户分别将自己的传输数据通过用户数据接口6传送给可编程逻辑器1，在此处完成对用户数据的差分编码、直序扩频。扩频过程分别选用分配好的扩频码，此处针对用户数量和传输速度可以选择31位m序列或者127位GOLD码序列。扩频后的信号在可编程逻辑器1的控制下完成BPSK调制，得到中频模拟信号。中频模拟信号通过模拟上变频、滤波、功率放大操作后通过天线15发送出去。接收端模拟部分处理完成功率放大、模拟下变频和滤波以及可控增益放大处理后送给模数转换器13进行采样，采样后得到10MHz数字信号，将此数字信号送到可编程逻辑器1中进行数字下变频处理得到2.5MHz的基带数字信号，对此基带数字信号分别采用不同用户扩频码进行码同步解扩，同时去除相互间干扰，之后进行载波同步解调，最后进行差分解码得到每个用户数据。上述过程并行处理同步进行，实现多路用户数据的同时接收。

Claims (4)

1.一种基于无线扩频通信的多点数据传输***，***含有可编程逻辑器(1)、闪存(2)、软件配置接口(3)、供电模块(4)、数据缓存器(5)、用户数据接口(6)、直接数字频率合成器(7)、模拟上变频电路(8)、带通滤波器(9)、低噪声放大器(10)、模拟下变频电路(11)、可控增益放大器(12)、模数转换器(13)、时钟分配器(14)、天线(15)，其特征在于：

1.1.可编程逻辑器(1)与用户数据接口(6)连接，接收或发送用户数据，并且做数字信号处理的工作，同时可编程逻辑器(1)作为主控制器控制***电路；

1.2.闪存(2)、软件配置接口(3)、供电模块(4)和可编程逻辑器(1)组成核心数据处理***，软件配置接口(3)用来下载应用程序和配置文件，闪存(2)用来存储配置文件；数据缓存器(4)用来作为数据处理过程中的缓存空间；

1.3.直接数字频率合成器(7)在可编程逻辑器(1)控制下产生本地载波信号对扩频后数据进行BPSK(Binary Phase Shift Keying，二相相移键控)调制；

1.4.多点数据分别通过模拟上变频电路(8)、带通滤波器(9)以及低噪声放大器(10)、天线(15)依次连接实现对发送端已调信号的上变频和射频信号发送过程；多点叠加射频信号分别通过无线信道传输到接收端，低噪声放大器(10)、模拟下变频电路(11)和带通滤波器(9)依次相连实现对接收端多点射频信号的模拟下变频过程；

1.5.可控增益放大器(12)与可编程逻辑器(1)结合，完成对接收端输入中频模拟信号的自动增益控制；信号放大部分由可控增益放大器(12)实现，由可编程逻辑器(1)进行幅值检测并产生控制字；

1.6.模数转换器(13)、时钟分配器(14)在可编程逻辑器(1)的控制下实现对接收端输入中频模拟信号的模数转换，通过可编程逻辑器(1)配置时钟分配器(14)来修改采样频率。

2.根据权利要求1中所述的一种基于无线扩频通信的多点数据传输***，其特征在于：所述的1.1中的可编程逻辑器(1)在发送端和接收端分做不同工作：发送端的可编程逻辑器(1)需要进行用户数据的编码和直接序列扩频，同时控制直接数字频率合成器(7)；接收端的可编程逻辑器(1)需要进行数字下变频、码同步解扩、去除干扰、载波同步解调、解码等信号处理操作，同时控制模数转换器(13)、时钟分配器(14)和可控增益放大器(13)。

3.根据权利要求1中所述的一种基于无线扩频通信的多点数据传输***，其特征在于：所述的1.3中，直接数字频率合成器(7)与带通滤波器(9)一起实现对数字信号的模拟转换并得到频率纯净的中频模拟信号，之后利用模拟上变频电路(8)将中频模拟信号变频到高频模拟信号，该信号依次通过低噪声放大器(10)、带通滤波器(9)，最终由天线(15)发送出去。

4.根据权利要求1中所述的一种基于无线扩频通信的多点数据传输***，其特征在于：所述的1.5中，可控增益放大器(12)根据可编程逻辑器(1)产生的控制字修改放大倍数，实现自动增益控制功能，具体实现方法如下；

4.1.中频模拟信号经过模数转换器(13)采样后送给可编程逻辑器(1)进行电平检测，可编程逻辑器(1)连续计算设定数量的采样信号点绝对值之和作为信号电平幅值的检测结果；

4.2.可编程逻辑器(1)将电平检测结果与期望电平值相减，得到实际信号幅值与期望幅值之间的差值，根据此差值信号计算得到当前时刻对可控增益放大器(13)的控制字信号；

4.3.可编程逻辑器(1)输出控制字信号修改当前时刻可控增益放大器(13)的放大倍数。

Images