数传电台直扩中频单元设计与性能分析

系统工程与电子技术 第 �� 卷 第 期 勿!∀# ∃ ! %&∋( & ## )(鸣 ∗ & + %,#− 加& (# ! . /0 1 � � 2 3 1 , �田4 文幸编号 5 677 卜�肠 8 9�仪〕4 :伪 一66 ;< = 7 4 数传电台直扩中频单元 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与性能 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 白 欣‘ , 向 新‘,� , 宋 博‘ 96 , 空军工程大学工程学院 , 陕西 西安 ;6 77 4 > ? 西安电子科技大学综合 业务网国家重点实验室 , 陕西 西 安 ;6 77 ; 6 : 摘 要 5 针对现有航空电台在 飞行参数传愉过程中保 密性和杭 干扰能 力较 弱 的现状 , 提 出 了基 于 ≅∀#, 一�仪刃Α 的数传 电台扩频解扩 中频单元研制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 , 对发射端和接收端的具体 实现进行 了阐述 , 并时中频单元 的扩频处理增 益和误码率性能进行 了测试与分析 。 性 能测试证明 , 依此方案设计 的数传电 台中频单元满足要求的技术指标 。 关键词 5 直扩 ? ≅∀ #, = �以刃Α ? 数传 电 台 ? 处理增益 ? 误码率 中圈分类号 5 Β2 ∋, Χ 1 Χ � 文献标识码 5 Α Δ #! (∋& ∗ & + Ε# + 灿) 1 ,∗&−# 3Φ 比# Δ ≅ 玩∀# ) ,,,#山∗ ∀# Γ)# ΗΙ# & −ϑ Κ过∀ 3Φ ∗ Δ ∗∀∗ ·Β )∗ Ι! 而对3 & Λ巨山。 ΜΑ Ν 兀& 毖 , 8 ΝΑ2 Ο 8 (& , , � , !7 2Ο Μ3 , 96 1 %昭‘= &∋ −3, ‘∋ # , Α( , Γ3 )−# %呼= 昭 阮 , )!￡仃 , 8( ’ ∗ 3 ;6 翎> , − Π( &∗ ? � 1 才≅2 锄 1 , Ν 记她 & ‘&如犯。泛ϑ , Θ( ’ ∗ 3 ;Ν 即;6 , −Π( &∗ Α饭山, Ρ∀ 5 Β3 !3 ,Σ # ∀Π # ∗# )( ∗, , ) ∗+ (3 ’ ! #石!∀ (&∋ Τ)Δ Υ,#,&! 3Φ ,3ς 3Φ 助∀(一0一&∋ Τ #)Φ3 )ϑ& ∗ & − # ∗& + ,Θ 扣) #& 。叩∀(3 & , ∗ = 二Π义Π# ∃ # Φ3) ∗ !Τ )# ∗+ !Τ# − ∀)Ι ∃ ∗& + + #Ω !Τ# − ∀∀ ”∃ Ι& (∀ 3Φ + ∗∀ ∗魂 ∃ 幻朋,(!! (3 & 耐(3 汕(山 6� Υ∗! #+ 3& ≅∀# ,一�98 8: Α 6� ΕΙ ∀ Φ3 )ς 田启 1 ΒΠ # !− Π#∃ # (哪,#∃# &∀ ∗∀ (3& ∗∀ ∀Π # ∀) ∗& !∃ (∀∀ #) ∗& + )# # #(Σ #) (, +# !− )( Υ#+ (& + #∀∗ (, 1 ΒΠ # Τ∗)∗∃# ∀#)! 3Φ !Τ )#∗ + 孵# ∀)Κ ∃ + (!,加招∗ , , (& 明+ 山#Υ(∀ = )∗∀ # 3Φ ∗& ΝΓ (& ∀# )∃ #+ (∗∀ # ! 叫 Ι #& −ϑ Ι &(∀ ∗)# ∀#! ∀#+ ∗& + ∗ & ∗,ϑΞ#+ 1 仆# ∀# !∀ 叨+ ∃= ∃# &∀ 场 Ι∀ 击滋&∋ ∀Π( ! !− Π#∃ # Τ) 3 Σ#∀Π∗ ∀ ∀Π # +# !(∋& #∗& ∃ ## ∀ ∀Π # ∀# # Π& (#∗, & ##+ ! 1 Ψ #卿 3 & 如 5 Δ流−∀ ! # Η Ι #&− # !Ε)# ∗+ 日Τ #− ∀) ”∃ ? ≅∀ #,Ω �仪8: Α ? Δ ∗∀ ∗Ω ∀) ∗ & !∃ (!! (吐 )∗+ (3? Δ( !衅∗, 脚&? Μ( ∀ #= )∗∀# 6 引 言 飞行参数扩频传输系统9简称飞参数传系统或数传电 台:是现代军用 飞机的重要通信设备 , 其主要功能为 5将 飞机 飞行参数通过超短波扩频信道传给地面塔台 、指挥所或空中 其它飞机 , 实现各种信息的共享 ?与地面飞行参数显示 、控制 系统相配合 , 完成飞参信息瞬态和连续的采集 、记录及显示 , 实现 空空 、空地间信息的实时双向传输 。 数传电台对地面指 挥员实时掌握飞机状态和飞行质量 , 协助飞行人员处 置空中 突发特情 , 查明飞行事故原因等有重要 的保障和促进作用 。 随着现代通信技术的发展 , 在军事电子对抗环境中提高 通信装备 , 特别是航 空电台的抗干扰能力越来越重要 , 电台 的抗电子干扰能力直接影响到飞机的联络和通信 , 对飞机战 斗力影响重大 , 因此 , 研究航空电台的抗电子干扰能力已经 是通信专业一个重要的研究方向和迫切需要解决的问题 。 扩频通信是 一种新 型通 信体制 , 具有很强 的抗千扰能 力 。 数传电台扩频解扩单元是飞参数传系统的技术制高点 , 可使飞行参数的传输具有很强的保密性 和抗干扰能力 。 � 扩频解扩单元方案设计 � 1 6 救传电台技术指标 数传扩频电台的主要技术指标如下 。 · 电台指标 9,: 工作方式 功ΖΑ , 半双工[ 全双工 9� :工作带宽 < Ζ∴ Ξ 9 一 ,+ Μ 带宽: · 中频单元指标 9,:中频频率 � � ] Θ8〕Ζ ∴ Ξ 9� :通信速率 4 � �Ψ五[ ! 94 :扩频系数 4 � 9Χ :调制方式 Δ 玲份⊥Ε≅ Ψ � 1 � 数传电台系统方案 数传扩频模块工作在航空电台上 , 对同步时间和体积提 出了严格要求 , 声表面波匹配滤波器的插人损耗太大 , 锁相环 法捕获时间太长 , 不满足通信要求 , 专用集成电路 Α ≅ΝΡ 芯片 不但体积小 、功耗低且功能强大 , 使用灵活 , 能够实现突发通 信 。 因此 , 系统方案采用 Α� 6Ρ 芯片实现数传电台直扩单元 。 数传电台分机载端机和地面端机两大部分 , 机载端机与 收稿日期 5 �98_ � 一 以 一 6Χ 修订 日期 5 �印� 一 33 一 � 作者简介 5 白欣 96 ;< 一 : , 男 , 博士研究生 , 主要研究方向为通信保密与抗干扰技术 , 导航与指挥控制 系统 。 第 期 数传电台直扩中频单元设计与性能分析 6 6; ; 地面端机原理基本相同 。 数传 电台端机原理如图 6 所示 。 电台工作时 , 地 面端机在选定频率上 , 以规定时隙发送广播 信号 9包括时隙计数 、控制 、指挥 、网管等信息 : , 对机载端机 进行控制和时隙分配 。 机载端机开机后 首先搜索地面端机 信号 , 一旦将地面端机信息正确解出 , 则锁定频率并保持同 步 , 提取地面端机发布的信息 , 并在规定时隙内发射机载端 机信息 。 另外 , 通过权限设置 , 可在飞行编队的机载端机间 实现信息互传共享 。 — )一二二二 Ω一二二二二 , = 一下 )节竺湘 一 = 一= 一 ⋯一: 长度 浑 ⎯ 4 � , ΡΠ( Τ 速率 尺。 二 Λ 。 · 2 ⎯ 4�� Θ 4 � ⎯ 6 6 1洲ΖΥ (“ ! , 基带 采样速率为 α Λ 。 · 2 二 � Θ 4�� Θ 4� ⎯ �� 1 � �> ΖΥ (口 ! , 中频采样速率 厂麒 66℃βΨ 二 Χ� 1 7�< Ζ∴Ξ , 中频载波频率关 二 �� Ζ∴ Ξ , 收端二次变频后 送人 ΑΔ 的中频频率为Χ� :梵汤Ζ ∴ Ξ 3 支路 直直直直直直直直直直直纠纠错错错 扩扩扩扩扩扩扩扩扩扩扩扩扩编编编编编码码码 频频频 中频频频频频频 天天数数数数数数数数数数数 调制制制制制制 线线飞飞飞飞 据据据据据据据据据据据据据据 开开参参参参 接接接接接接接接接接 ] , ΤΤΤΤΤΤΤ · 关关 系系系系 口口口口口口口口口口口口口口口 统统统统统统统统统统统 圆圆圆圆圆圆圆圆圆圆圆圆圆圆纠纠纠纠纠纠错错错错错错错错错错错解解解解解解码码码码码码码码 1 加加加加加加加111111111111111解扩扩扩 转换换换换换换换换解解解解解解解解调调调调调调调调 鬓鬓鬓鬓 波波波波波波波波波波形形伪伪伪伪伪伪码产生 ’’’ 平滑滑数数据据据 及扩频频频频频频频频 冉冉生生生 ≅ ∀#,一� 7 7 /ΑΑΑΑΑΑΑΑΑ 移移移移移移移移移 相相相相相相相相相相������� �Ζ,,ΞΞΞΞΞ 器器器器器器晶晶晶晶振振振振振振振振振振 限带带合合合合合合合合合合合合合合路 11111 放大大 器器器器器器器器器器器器 主主时钟钟钟钟钟钟钟ΧΧΧ � 7 � < Ζ归ΞΞΞΞΞ 波形形 平平平平平平平平平平滑滑 图 � 中频发射部分 至基带 图 6 数传电台端机原理 端机具体工作过程如下 5 发送时 , 由信息采集系统送来 的信息码 , 经纠错编码处理后 , 在扩频单元进行扩频及单 [ 双 路变换 , 送人中频调制单元完成 ΔΕ≅ Γ ⊥玲Ψ 调制 , 最后经上 变频与高放由天线发射出去 ?接收时 , 射频信号经高放与下 变频 , 得到中频扩频信号 , 经 灯 Δ 变换后 , 得到双路 > 位并 行数字信号 , 在解扩解调单元恢复出发射的数据 , 然后 经纠 错解码送人飞参系统数据接 口 。 � 1 4 中频单元方案设计 !∀# , 1 � 79 刃Α 为一高速率伪码可编程扩频收发处理芯片 , 由发射 、接收 、控制三部分组成 , 用其进行扩频解扩 , 可对数 传电台扩频码速率 、伪码长度 、调制方式 、扩频伪码进行灵活 的编程 , 易于与超短波电台接 口联接 , 扩频灵活性好 , 可靠性 高 。 在数传电台端机中 , 采用 ≅∀ #, = � 79 刃Α 扩频专用 芯片来完 成中频扩频调制及解扩解调 , 可使数据的扩频 、解扩 、调制 、 解调在一个基带到中频 的模块 上实现 。 � 1 4 1 6 中频发射部分 中频发射部分如图 � 所示 。 利用 ≅∀# ,Ω �98 8: Α 芯 片本身的 特性 , 将扩频后的两路基带扩频信号引出 , 一路为同相支路 Ν 路 , 另一路为正交支路 ⊥路9在 Δ玲Ψ 模式下两路信号一样 : , 经码型变换变为双相码并平滑后分别送 至调制器 , 同时 , 用 �� Ζ∴Ξ 晶振产生幅度足够高的正弦波 , 移相分路后分别送至 调制器 , 与调制信号相乘后再合路放大 , 得到符合接 口 电平要 求的 �� Ζ∴Ξ 中频信号 , 经射频单元将数据发射出去 。 � 1 4 1 � 中频接收部分 中频接收部分如图 4 所示 。 �� Ζ∴α 中频信号经移相器分为 同相支路 Ν 路和 正交支路 ⊥路 , 分别经 刀Δ 变换后 , 与 !∀ #, Ω 加田Α 芯片中数控振荡器 2Ρ/ 的频率进行下变频运算 , 完成中 频信号到数据输出的解扩解调处理 。 !∀#, 一加田Α 的最大ΡΠ( Τ 速率为 & 1 入”Ζ −Π( 州 ! , 最大中频采样 速率为 Χ� 1晰Ζ∴Ξ 。 在本系统中 , 数据速率 Λ 。 ⎯ 4�� ΨΥ 训 , , 伪码 = = = = 闷卜 � �Ζ ∴ α 中频 接收信 号 解扩解调 ≅ ∀#,一�7 7 7Α 移移移移移移移移移相相相相 主时钟钟 器器器器 Χ � 7 �<Ζ ∴ ΞΞΞ 姻缨元 图 4 中频接 收部分 4 接 口 控制部分 ≅∀# 砚口服:Α 有 >< 个 内 部 寄 存 器 , 系统 通 过 单 片机 Α 尸咫 Ρ� 7 � 6 对其内 部寄存 器进行编 程 以 设 定 ≅∀#, Ω �98: /Α 的功能 和工 作状态 。 控 制接 口 部分如 图 Χ 所 示 。 数据锁存 用 数数数数数数数数据据据 解扩扩 >>> Ρ � 7 � 66666 锁存存存 解调调 ≅≅≅≅≅≅≅≅≅≅≅≅≅≅≅∀# ,一� 7 7 7ΑΑΑ 图 Χ 控制接 口部分 于地址锁存 , 对 ≅∀ #, 一�〕洲:Α 的片选和 寄存器数据写人则通 过 > Ρ� 7� 6 的玛 口进行 。 在工作之前 , 根据工作模式的要求 , 设置好寄存器 , 以便使 ≅∀#, 一�加/Α 完成对信号的处理 。 限于篇幅 , 下面只描述几个关键寄存器的编程设置 。 9,: 基带采样速率控制寄存器设置 为了简化外部定时 电路 , 基带采样速率可 通过 几Θ ΝΓ− βΨ 分频获得 。 分频次数设置在地址为 7� ∴ 的寄存器中 , 假设分 频次数为 。 , 则有 。 ⎯ 五共毕 ⎯ ? � 1 。� < Ζ ∴ 5 χ 5 � 1 � �!ΖΥ (。。 二 5 一 。 、= , ] = , [ , ‘ ·‘ ’ “ α Λ 。 二 7 6 ∴ 十 6 , 将 寄存器 7 � ∴ 内 的值设 为 7 6 ∴ , 即 可 得 到 � � 1 � � >ΖΥ(口 ! 的基带采样速率 。 9�: 伪码控制寄存器设置 发射捕获伪码长度设在 叼 ∴ , 发射数据伪码长度设在 Χ � ∴ , 接收数据伪码长度设在 α Δ ∴ , 接收捕获伪码长度不需要 设置 , 各值均设为所用伪码 长度减 6 。 数传电台中伪码长 度 为 4� , 即 ΝΓ ∴ , 故 以上几个地址均设为 ΝΓ∴ 。 另外 , 选择的伪 6 6; > 系统工程与电子技术 �77 4 年 随机码应该具有以下特性 5 � 伪码中 � 和 的个数接近相 等 ! ∀ 有尖锐的自相关性 ! # 有尽可能小的互相关值 。 ∃%& 调制模式控制寄存器设置 发射调制模式 ∋ 地址 (� ) 位 。设 。为 ∗+, − 模式 , 设 为 .+, − 模式 !位 % 为控制符号翻转 , 设为 则对差分编码后 / 、 ∗ 通道在 +0 码扩频前进行 翻转 , 设为 � 则不 使用 。 发射扰 码设置地址为 1( ) 位 一。。 接收调制模式 ∋ 地址 %2 ) 位 3 设 � 为 ∗+, − 模式 , 设 为 .+, − 模式 。 地址 %2 ) 位 � 设 4 , ∗+, − 模式下先 / 后 ∗ , .+, − 模式下为 / 通道数据 !设 , ∗+, − 模式下先 ∗ 后 / , .+, − 模式 下为 ∗ 通道数据 。 地址 %2 ) 位 5 为输出翻转控制 , 地址 %% ) 位 � 和位 为信号旋转控制 。 需要指 出的是 , ,6 7 一844 �9 中的控制寄存器 , 多数都是独 立的 , 能 以任何顺序设置和更改 , 但地址 %: ) 的位 5 和位 � 与地址 %; ) 的位 。一 位 % 中的内容具有内部联 系 , 详细内容 可参考文献【%〕。 ∃3& 对单频干 扰 , 系统对载频 11 < 33= 处干 扰最敏感 , 信 噪比要求约为 (7. 左右 , 与普通调制解调器相 比 , 通过扩频 信噪比提高约 > 7. , 考虑窄带干扰与宽带干扰 %7. 的差值及 短码系统对频率的敏感等 因素 , 系统实 际 处 理增益应在 % 7. 以上 , 接近系统 巧7. 的理论极 限 ! ∃5& 对于 (1 ? �12 <从 时钟频率处的单频干扰 , 干扰功率 要高于信号功率 ≅ 7. , 才可造成 3 Α � 一 , 一 1 Α � 一 1 的误码 率 , 说明主时钟泄露对中频单元接收部分的影响可 以忽略 ! ∃%& 在输人信噪比小于 4 7. 的情况下 , 系统误码率不 大 于 � 一 1数量级 , 完全满 足数据传输的要求 , 实现 了信号 的隐 蔽性 , 大大增强了系统的抗干扰能力 。 表 直扩中频单元关键频点测试数据 % 系统性能测试与分析 扩频处理增 益和误码率是数传扩频 系统中最重 要的性 能指标 。 直扩系统的扩频 处理增益是指扩频伪码速率 Β 。 与 所传输的数据速率 Β 。 的 比值 。 伪码速率 Β 。 Χ 0Β 。 , 其中 0 为伪码码长 , 因此 , 扩频处理增益为 序序号号 干扰频率率 干扰功率率 信号功率率 信噪 比比 误码率率ΔΔΔΔΔ < ) === Δ 7... Δ 7 ... Δ 7... ∃ Α � 一 1 &&& (1 �1 222 5 ? %%%% 一 2 ? � 111 一 ; ? %;;; % ? 55555 (Ε ? : ;ΕΕΕ � ? 2 555 一 2 ? � 一 2 ? 2%%% 5 ? %%%%% 1 % ? 《−洲&&& 一 5 ? 5��� 一 2 ? 5%%% 一 ( ? �%%% ? %%% ((((( 11 ? 《ΦΦ〕〕 一 � ΕΕΕ 一 2 , 111 十 ( , 以以 5 ? 222 11111 1 : ? ( ∃Φ&&& 一 � ? 222 一 2 ? 5;;; 一 2 ? 555 5 ? 22222 1 Ε ? ; ∃Φ&&& 一 � ? 5��� 一 2 ? 222 一 1 ? Ε222 ? ::: ΒΓ 。 Χ � Ε 言二 二 � 3> ΗΙ王ϑ Κ 另外 , 测得 的系统输出频谱如 图 2 所示 。 图 2 ∃ 。 &为飞参 数传通信系统中频输出频谱 , 中心频率为 11 < ) ∋ , 频谱宽约 Λ4 <Μ? , 左边较高的小尖峰为 (1 刀肠<) 8 的主时钟频率 。 图 2 ∃ Κ& 为飞参数传通信系统射频输出频谱 , 中心频率为 % � <) ∋ 。 本系统中 , 选取 0 Χ 犯 的 < 序列 , 扩频处理增益 味 二 � 3> 0 %5 二 � Ε%5 Χ 17 . 。 普通基带数字调制解 调器达到 Α � 一 1 一 1 Α � 一 1误码 率 时 , 所需的实 际信噪比约为 %7. , 理论值约为 � 7. 。在 3 Α 34 一 1 一 ≅ Α 34 一 1误码率范围 , 对数传电台直扩中频单元进 翅翅蚕蚕Ν 尺尺冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲气气气气气气气气气气气气气气气气气 附附附附 ΟΟΟ一一平ΠΠΠΠΠΠΠΠΠ Θ一666666666666666666666666666663333333333333333333333333 叫叫口几ΟΟΟ户!!!ΘΘΘΘΘΘΘΘΘΘΘ二二二 厂「 ΠΠΠΠΠ 一ΘΘΘΘΘΘΘΘΘΘΘ Θ 一 ΟΟΟ隘隘隘隘隘隘隘隘隘隘隘隘隘隘隘隘隘隘隘 脚脚脚「「 一 一一 Ρ口口阶阶阶阶阶阶阶阶 ΘΘΘΘΘ五五 Ρ三三三 ΟΠΠΠΠΠΠΠΠΠΠΠΠΠΠΠ 一 「ΘΘΘΘΘ少少少旧旧旧旧旧旧旧旧旧旧旧旧旧ΘΘΘΘΘ一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一一一一一一一一 』招ΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣ 行 了性能测试 , 并估 算 了 系统 的扩 频处理 增 益 。 性 能测试 连接关系如图 1 所 示 。 在 测 试 中 , 使用双中频 单元互联 , 并设 ∃ Τ & 中频输 出频谱 ∃Κ& 射频输出频谱 图 2 系统输出频谱图 ( 结 论 发送数据 接收数据 数数数数数数数数传直扩扩中中频扩频频频频频频频频频频频 中频单元元信信号源源源 汇接网络络络络 误误码率率 ·· 测试仪仪 图 1 性能测试连接关系 定信号源为 Υ , 连续发射状态 , 加人窄带噪声 !将误码测试仪 设定为同步检测状态 , 调节中频信源 的输出 , 使输出信号功 率为 尸∋ 二 一 27 . , 进人稳态工作 ! 选定频率 , 开启窄带干扰 源 , 并逐渐增加干扰信号 的强度 , 使误码 测试仪显示 误码率 为 Α �Π 1 一 1 Α �Π 1 , 然后关闭中频信源 , 并记录窄带干扰 输出信号功率 ς ∋ , 计算信噪比 尸 一 尸∋ , 考虑窄带干扰与宽带 干扰 %7 . 的差值 , 则系统信噪比改善即实际处理增益为 ‘ 二 %7 . 一 ∃ 尸∋ 一 尸5& Ω %7 . 。 表 为关键频点的测试数据 。 经 系统性能测试证 明 ∋ 本文提出的直扩方案的特色在于采用 9 ≅3 Ξ 芯片进行扩 频解扩解调 , 在扩频解扩过程 中引人数字化过程 , 可 以用软 件进行控制 , 体积小 , 使用灵活 , 不但满足 了系统要求 , 而且 能够满足不 同数据速率扩频传输的需要 。 需要说明的是 , 由于 ,6Ψ3 一5� �� 9 是一个功能强大的可编 程扩频 芯片 , 不仅适用 于突发数据传输系统 , 还适 用于语音 扩频 、遥测及无线局域网等领域 , 具有十分广阔的应用前景 。 参考文献 ∋ 【3Ζ 郭峰 ? 无线局域 网〔< Ζ ? 北京 ∋ 电子 工业 出版社 , ΕΕ: ? 【5〕张维英 ? 多功能调制芯片 ,6 Ψ3 一 �Ε 的原理及应用 〔ΣΖ ? 电子技术 应用 , 5∃Φ 洲〕, : ∋ 11 一1: ? [ %】,6Ψ 3一5‘刀&9 ∴ Τ 6Τ ≅] Ψ Ψ 6 [ =〕? ,6 Τ 们五〕67 ⊥Ψ 3Ψ Ψ 4 _ ? , Ε Ε : ? 仁( Ζ 刘萍 ,杨济安 ? ≅6 Ψ3 ⎯ 5侧洲& 9 在扩 频通信产品设计中的应用 「ΣΖ ? 重 庆邮电学 院学报 , Ε ΕΕ , ∃%& ∋ 2%一2 1 ?