CN205336269U - 一种车载网平台上的跳频收发信机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种车载网平台上的跳频收发信机，该跳频收发信机是由跳频发射机和跳频接收机组成。跳频发射机包括基带信号处理模块、中频信号处理单元和数字频率合成模块；跳频接收机包括AD采样模块、数字下变频模块、MSK解调模块、跳频同步模块以及数据解扩模块。模拟信号经跳频接收机中的AD采样模块转换成数字信号后，经数字下变率模块、MSK解调模块、跳频同步模块输入到跳频发射机中的基带信号处理模块和数字频率合成模块后输出中频信号。本实用新型的技术方案，克服了传统定频通信的缺陷，能够按照事先约定好的工作频率进行跳变，扩大了信号传输所使用的射频带宽，具有良好的防干扰以及保密性，提高了通信质量。
Description
技术领域
本实用新型属于无线通信技术领域，尤其涉及一种车载网平台上的跳频收发信机。
背景技术
目前，常规车载网平台的频率发射的接收均采用固定频率的短波电台，尤其是军方使用时，容易被同步跟踪接收，并且存在人为干扰严重，易造成信道阻塞。为了避免这些缺陷，现在有人提出采用宽带阻塞全面干扰的方法，但这样不仅会耗费巨大功率，而且还可能因此而暴露自己和对己方通信造成严重干扰，信号衰减严重，通信质量差。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种车载网平台上的跳频收发信机，该跳频收发信机克服了传统定频通信的缺陷，通信时能够按照事先约定好的工作频率进行跳变，扩大了信号传输所使用的射频带宽，具有良好的防干扰以及保密性，提高了通信质量。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种车载网平台上的跳频收发信机，其特征在于：该跳频收发信机包括跳频发射机和跳频接收机；
所述跳频发射机包括基带信号处理模块、中频信号处理单元和数字频率合成模块；
所述基带信号处理模块采用DSP芯片，所述DSP芯片是TI公司的TMS320C6747系列芯片，包括跳频序列的产生、数据软扩频、跳频频率产生、数据成帧、信道编码和交织，并完成扩频码、跳频频率、射频发送数据与中频信号处理单元的交互工作；
所述中频信号处理单元采用FPGA设计，所述FPGA采用ALTERA公司的EP3C40F484C7N芯片，包括MCASP接收模块、发送频率控制模块、跳频控制模块、发送数据控制模块、MSK基带调制和脉冲成形模块、DA转换模块和数字频率合成模块；
所述中频信号处理单元的基带调制采用MSK调制方式；
所述DA转换模块是采用芯片AD9957，是用于对外提供高速并行数据接口以及高速寄存器访问接口，完成插值、滤波、频带调制等工作；
所述数字频率合成模块采用美国模拟器件公司AD9957芯片，具有14bit数模转换精度的数字频率合成器；
基带信号经基带信号处理模块处理后，产生跳频信号，完成扩频后输入到中频信号处理单元的MCASP接收模块，所述MCASP接收模块和基带信号处理模块DSPTMS320C6747的复通道音频接入接口相连接，MCASP接收模块将接收基带信号处理模块DSPTMS320C6747处理后的基带信号数据发送到数据存储区，通过数据存储区后分别输入到发送频率控制模块和发送数据控制模块，基带信号一路经发送频率控制模块和DA转换模块处理后通过SPI接口接入到数字频率合成模块，另一路经发送数据控制模块和MSK基带调制和脉冲成形模块处理后也输入到数字频率合成模块，两路信号通过数字频率合成模块处理后输出中频信号；
所述跳频接收机包括AD采样模块、数字下变频模块、MSK解调模块、跳频同步模块以及数据解扩模块。
所述AD采样模块是将模拟信号转换为数字信号，便于在***中进行信号传输；所述AD采样模块是采用ADS6148芯片；
所述数字下变频模块是在AD采样后进行数字下变频，在确保通带内信号质量的同时降低信号的数据速率；
所述MSK解调模块用于对于数字下变频模块之后的数据进行数据解调，完成跳频信号的差分解调；
所述跳频同步模块包括跳频粗同步以及跳频精同步；所述跳频粗同步采用序列匹配的方式实现，跳频粗同步完成跳频同步码的捕获、跟踪，将同步精度调整到一个码元周期200ns内，经过延时之后进行跳频精同步；所述跳频精同步通过对模拟数值进行相关运算，来确定最佳采样时刻，并将采样精度提升至50ns以内；
所述数据解扩模块用于在接收端确立最佳采样点之后对DSP软扩频之后的32bit数据进行解扩处理，以获取相应的扩频增益；
模拟信号经AD采样模块转换成数字信号后，经数字下变率模块进行数字下变频和MSK解调模块对数据进行解调处理，输入到跳频同步模块进行跳频粗同步和精同步，确定最佳采样时刻，再经数据解扩模块对数据进行解扩处理，通过数据存储后输入到跳频发射机中的基带信号处理模块。
所述跳频收发信机还包括跳频控制计时模块；所述跳频控制计时模块对跳频收发信机的工作流程进行控制，实现跳频频率加载，对跳频同步模块进行延时控制以及RTT校时。
所述MSK基带调制方式包括差分编码、串并转换以及IQ两路相乘运算，其中的码元速率为5Mbps，I/Q两路的加权函数的频率为1.25MHZ，其数据速率为25MSPS。
所述采样芯片AD9957的并行数据接口达到18bit位宽，串行接口最高速率20Mbps。
所述数字下变频模块的ADC采样速率设置为200MSPS。
在上述技术方案中，由模拟信号经跳频接收机中的AD采样模块转换成数字信号后，经数字下变率模块进行数字下变频和MSK解调模块对数据进行解调处理，输入到跳频同步模块进行跳频粗同步和精同步，确定最佳采样时刻，再经数据解扩模块对数据信号进行解扩处理，处理后的信号通过数据存储后输入到跳频发射机中的基带信号处理模块。输入到跳频发射机中的基带信号经基带信号处理模块处理后，产生跳频信号，完成扩频后输入到中频信号处理单元的MCASP接收模块，MCASP接收模块和基带信号处理模块DSPTMS320C6747的复通道音频接入接口相连接，MCASP接收模块将接收基带信号处理模块DSPTMS320C6747处理后的基带信号数据发送到数据存储区，通过数据存储区后分别输入到发送频率控制模块和发送数据控制模块，基带信号一路经发送频率控制模块和DA转换模块处理后通过SPI接口接入到数字频率合成模块，另一路经发送数据控制模块和MSK基带调制和脉冲成形模块处理后也输入到数字频率合成模块，两路信号通过数字频率合成模块处理后输出中频信号。本实用新型具有以下有益效果：第一，该跳频收发信机克服了传统定频通信的缺陷，通信时能够按照事先约定好的工作频率进行跳变；第二，其信号频谱能在非常宽的一个带宽内进行跳变，扩大了信号传输所使用的射频带宽；第三，具有良好的防干扰以及保密性；第四，保证了通带内的信号质量。
附图说明
图1为本实用新型一种车载网平台上的跳频收发信机的工作原理框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清晰、完整地阐述，所述的实施例仅为本实用新型的一部分实施例，非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
由图1可见，本实施例的一种车载网平台上的跳频收发信机是由跳频发射机和跳频接收机组成。
图1可见，跳频发射机包括基带信号处理模块、中频信号处理单元和数字频率合成模块。
本实施例的基带信号处理模块采用DSP芯片，DSP芯片是TI公司的TMS320C6747系列芯片，包括跳频序列的产生、数据软扩频、跳频频率产生、数据成帧、信道编码和交织，并完成扩频码、跳频频率、射频发送数据与中频信号处理单元的交互工作。
中频信号处理单元采用FPGA设计，FPGA采用ALTERA公司的EP3C40F484C7N芯片，包括MCASP接收模块、发送频率控制模块、跳频控制模块、发送数据控制模块、MSK基带调制和脉冲成形模块、DA转换模块和数字频率合成模块。
本实施例中，中频信号处理单元的基带调制采用MSK调制方式，MSK基带调制方式包括差分编码、串并转换以及IQ两路相乘运算，其中的码元速率为5Mbps，I/Q两路的加权函数的频率为1.25MHZ，其数据速率为25MSPS，MSK的基带调制有以下步骤：
1）对输入码元进行差分预编码；
2）对码元进行串并转换，将数据分为I、Q两路，并将Q路延时一个码元周期；
3）对I、Q两路数据分别与加权函数进行乘法运算；
4）对I、Q调制后的数据进行成形滤波处理。
DA转换模块是采用芯片AD9957，是用于对外提供高速并行数据接口以及高速寄存器访问接口，完成插值、滤波、频带调制等工作，本实施例的DA转换模块采用ADI的AD9957系列芯片，其具有内插、正交调制及内部DDS等功能，可以完成对信号从基带到频带的数据速率转换以及频带调制等功能，其内部DAC具有14bit精度，1GSPS的转换速率。DSP采用TI公司的TMS320C6747系列芯片，可以对参数进行实时加载运算等工作，保证跳频发射机具有极高的灵活性，采样芯片AD9957的并行数据接口达到18bit位宽，串行接口最高速率20Mbps。数字频率合成模块采用美国模拟器件公司AD9957芯片，具有14bit数模转换精度的数字频率合成器，其内部具有直接数字频率合成器（DDS）能够满足不同的通信***。其采样速率达到1GSPS，并且其具有低功耗的特征，因此在通信***中被广泛采用。AD9957动态性能最高可提供达到400MHZ的频率输出，而且SFDR能够达到80dB以上。在实际***中，可以充分利用其内部自带的频率合成器以及正交调制器，大大简化***的开发周期与成本。AD9957对外提供高速并行数据接口以及高速寄存器访问接口，并行数据接口达到18bit位宽，串行接口最高速率20Mbps。在***设计中将MSK成形后的基带信号并行送入AD9957，在其内部完成插值、滤波、频带调制等工作。
在跳频发射机中，MCASP接收模块和基带信号处理模块DSPTMS320C6747的复通道音频接入接口相连接，MCASP接收模块将接收基带信号处理模块DSPTMS320C6747处理后的基带信号数据发送到数据存储区，通过数据存储区后分别输入到发送频率控制模块和发送数据控制模块，基带信号一路经发送频率控制模块和DA转换模块处理后通过SPI接口接入到数字频率合成模块，另一路经发送数据控制模块和MSK基带调制和脉冲成形模块处理后也输入到数字频率合成模块，两路信号通过数字频率合成模块处理后输出中频信号。
图1可见，本实施例的跳频接收机包括AD采样模块、数字下变频模块、MSK解调模块、跳频同步模块以及数据解扩模块。在跳频接收机中，由于跳频发射机发送的信号载频是在高速跳变的，就要求在接收机中的数字下变频的混频频率也要随之高速跳变，因此相比于专用的数字下变频模块而言，在FPGA内部实现显示出诸如方便更改设计，成本低廉等技术优势，有效的降低了硬件的复杂度和***的成本。带通采样的信号经过正交混频之后会出现除有用频谱之外的频谱镜像，例如，此时跳频频点工作在230M上，ADC采样速率为200MSPS，根据带通采样定理可知频谱应该落在30M的位置上，此时本地NCO置为30M，则混频后会在零频以及基带60M位置出现镜像频谱。因此需要在正交混频之后进行数字滤波，为了能够保证3.75M通带内的信号质量，因此考虑后面选择一系列的滤波器包括数据速率抽取、滤波等相应处理来确保通带内的信号质量。
本实施例中，AD采样模块是将模拟信号转换为数字信号，便于在***中进行信号传输，AD采样模块是采用ADS6148芯片。数字下变频模块是在AD采样后进行数字下变频，在确保通带内信号质量的同时降低信号的数据速率，本实施例中，数字下变频模块的ADC采样速率设置为200MSPS，MSK解调模块用于对于数字下变频模块之后的数据进行数据解调，完成跳频信号的差分解调，为了方便基带进行数字信号处理，需要对AD采样后的数据进行数字下变频处理，变换到基带直至0频位置，方便后面进行基带信号处理。***将数据下变频到基带信号，随后要做的运算为MSK的基带解调。本实施例中，在解调算法部分可以有相干解调以及非相干解调两种方式，鉴于高速跳频***的特殊性，载波频率在高速跳频中如果恢复载频进行相干解调的话就对***提出了极高的要求，为了能够保证跳频的正常工作至少要求载波同步的时间要等于跳频的频率切换时间。因此在实际***中通常采用非相干解调的办法。
本实施例中，对于整个跳频接收机而言，最为核心关键的模块即为跳频同步模块，本实施例的跳频同步模块包括跳频粗同步以及跳频精同步，粗同步完成跳频同步码的捕获、跟踪将同步精度调整到一个码元周期200ns内，经过延时之后进行跳频精同步，精同步通过对模拟数值进行相关运算，从而确定最佳采样时刻，将采样精度提升至50ns以内。
本实施例中，在完成跳频粗同步之后，***的时间精度已经可以达到一个码元周期200ns之内了，此时需要做的是进一步提升***的同步质量，本实施例中，***所采用的方式是通过寻找相关峰找出码元的最佳采样时刻进而调整***的延时，在数据区控制数据的采样位置，达到跳频精同步的目的。跳频精同步通过对模拟数值进行相关运算，来确定最佳采样时刻，并将采样精度提升至50ns以内。***的跳频粗同步以及跳频精同步设计，对于二者需要进行合理的控制才能保证跳频同步的实现完成。
数据解扩模块用于在接收端确立最佳采样点之后对DSP软扩频之后的32bit数据进行解扩处理，以获取相应的扩频增益。本实施例中，本实施例为了增强抗干扰性能及获取更大的增益，在链路DSP中对待发送的数据进行了软扩频，软扩频使信号功率谱密度降低，从而降低了被敌方截获破解的概率，同时为***带来了8dB左右的扩频增益，由于发送端进行数据软扩频，故在接收端正确恢复出原始信息还要在数据解调之后进行数据解扩运算，解扩的基本原理就是利用M序列的自相关性，通过与预存在扩频码表中的序列码比较，得出相关性最大的扩频码的地址作为解扩数据输出，数据解扩可以采用并行解扩算法也可以采用串行解扩算法。并行解扩即解调后的数据与32路并行的扩频码进行数字相关运算，对并行相关的结果直接进行比对，串行相关运算即解调后的数据与32个扩频码依次进行相关运算，然后对串行相关运算的结果进行比对选取出相关性最大的扩频码作为解扩数据输出。
本实施例在跳频接收机中，模拟信号经AD采样模块转换成数字信号后，经数字下变率模块进行数字下变频和MSK解调模块对数据进行解调处理，输入到跳频同步模块进行跳频粗同步和精同步，确定最佳采样时刻，再经数据解扩模块对数据进行解扩处理，通过数据存储后输入到跳频发射机中的基带信号处理模块。
由图1可见，本实施例的跳频收发信机还包括跳频控制计时模块，本实施例中，跳频控制计时模块是整个跳频收发信机的工作流程的控制核心。在***中，需要有一个数据链终端作为时基，其余的终端***都要与时基进行通信从未保证整个工作网络时间的一致性。跳频控制计时模块要具有能够调整本地时间的功能，即在收到需要调整的时间之后要能及时的进行时间的调整从而与整个网的时间达到同步。跳频控制计时模块对跳频收发信机的工作流程进行控制，实现跳频频率加载，对跳频同步模块进行延时控制以及RTT校时。
以上所述，仅是本实用新型的实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效方法的变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种车载网平台上的跳频收发信机，其特征在于：该跳频收发信机包括跳频发射机和跳频接收机；
所述跳频发射机包括基带信号处理模块、中频信号处理单元和数字频率合成模块；
所述基带信号处理模块采用DSP芯片，所述DSP芯片是TI公司的TMS320C6747系列芯片，包括跳频序列的产生、数据软扩频、跳频频率产生、数据成帧、信道编码和交织，并完成扩频码、跳频频率、射频发送数据与中频信号处理单元的交互工作；
所述中频信号处理单元采用FPGA设计，所述FPGA采用ALTERA公司的EP3C40F484C7N芯片，包括MCASP接收模块、发送频率控制模块、跳频控制模块、发送数据控制模块、MSK基带调制和脉冲成形模块、DA转换模块和数字频率合成模块；
所述中频信号处理单元的基带调制采用MSK调制方式；
所述DA转换模块是采用芯片AD9957，是用于对外提供高速并行数据接口以及高速寄存器访问接口，完成插值、滤波、频带调制等工作；
所述数字频率合成模块采用美国模拟器件公司AD9957芯片，具有14bit数模转换精度的数字频率合成器；
基带信号经基带信号处理模块处理后，产生跳频信号，完成扩频后输入到中频信号处理单元的MCASP接收模块，所述MCASP接收模块和基带信号处理模块DSPTMS320C6747的复通道音频接入接口相连接，MCASP接收模块将接收基带信号处理模块DSPTMS320C6747处理后的基带信号数据发送到数据存储区，通过数据存储区后分别输入到发送频率控制模块和发送数据控制模块，基带信号一路经发送频率控制模块和DA转换模块处理后通过SPI接口接入到数字频率合成模块，另一路经发送数据控制模块和MSK基带调制和脉冲成形模块处理后也输入到数字频率合成模块，两路信号通过数字频率合成模块处理后输出中频信号；
所述跳频接收机包括AD采样模块、数字下变频模块、MSK解调模块、跳频同步模块以及数据解扩模块；
所述AD采样模块是将模拟信号转换为数字信号，便于在***中进行信号传输；所述AD采样模块是采用ADS6148芯片；
所述数字下变频模块是在AD采样后进行数字下变频，在确保通带内信号质量的同时降低信号的数据速率；
所述MSK解调模块用于对于数字下变频模块之后的数据进行数据解调，完成跳频信号的差分解调；
所述跳频同步模块包括跳频粗同步以及跳频精同步；所述跳频粗同步采用序列匹配的方式实现，跳频粗同步完成跳频同步码的捕获、跟踪，将同步精度调整到一个码元周期200ns内，经过延时之后进行跳频精同步；所述跳频精同步通过对模拟数值进行相关运算，来确定最佳采样时刻，并将采样精度提升至50ns以内；
所述数据解扩模块用于在接收端确立最佳采样点之后对DSP软扩频之后的32bit数据进行解扩处理，以获取相应的扩频增益；
模拟信号经AD采样模块转换成数字信号后，经数字下变率模块进行数字下变频和MSK解调模块对数据进行解调处理，输入到跳频同步模块进行跳频粗同步和精同步，确定最佳采样时刻，再经数据解扩模块对数据进行解扩处理，通过数据存储后输入到跳频发射机中的基带信号处理模块。
2.根据权利要求1所述的一种车载网平台上的跳频收发信机，其特征在于：所述跳频收发信机还包括跳频控制计时模块；所述跳频控制计时模块对跳频收发信机的工作流程进行控制，实现跳频频率加载，对跳频同步模块进行延时控制以及RTT校时。
3.根据权利要求1所述的一种车载网平台上的跳频收发信机，其特征在于：所述MSK基带调制方式包括差分编码、串并转换以及IQ两路相乘运算，其中的码元速率为5Mbps，I/Q两路的加权函数的频率为1.25MHZ，其数据速率为25MSPS。
4.根据权利要求1所述的一种车载网平台上的跳频收发信机，其特征在于：所述采样芯片AD9957的并行数据接口达到18bit位宽，串行接口最高速率20Mbps。
5.根据权利要求1所述的一种车载网平台上的跳频收发信机，其特征在于：所述数字下变频模块的ADC采样速率设置为200MSPS。
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| CN201521121099.7U CN205336269U (zh) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | 一种车载网平台上的跳频收发信机 |
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