跳頻通信信號源的研制

摘要：介紹了一種基于ＦＰＧＡ和ＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）技術(shù)的跳頻信號源實(shí)現(xiàn)方案。ＤＤＳ采用ＡＤ公司的最新頻率合成器件ＡＤ９８５２，其中頻率控制字存儲在ＦＰＧＡ內(nèi)部ＲＡＭ單元中， ＦＰＧＡ通過４０針總線接口向ＡＤ９８５２寫入頻率控制字。該信號源具有可編程、可升級的優(yōu)點(diǎn)。

    關(guān)鍵詞：ＤＤＳ ＦＰＧＡ 頻率合成器 跳頻通信

在眾多的通信技術(shù)中，擴(kuò)頻通信技術(shù)由于具有獨(dú)特的抗干擾能力以及寬的使用頻帶而在軍事通信領(lǐng)域倍受青睞。根據(jù)擴(kuò)頻通信調(diào)制方式的不同，它可以分為直接序列擴(kuò)頻方式（ＤＳ）、跳頻方式（ＦＨ）、跳時(shí)方式（ＦＴ）及兼有以上方式中二種以上的混合方式。其中跳頻通信具有保密性好、不易受遠(yuǎn)近干擾和多徑干擾的影響等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有前景的通信方式。跳頻系統(tǒng)的頻率跳變，受到偽隨機(jī)碼的控制。不同的時(shí)間、不同的偽碼相位，頻率合成器產(chǎn)生的相應(yīng)頻率也不同。把跳頻系統(tǒng)的頻率跳變規(guī)律稱為跳頻圖案。跳頻圖案是時(shí)間和頻率的函數(shù)，故又稱為時(shí)間－頻率矩陣，簡稱時(shí)頻矩陣。時(shí)頻矩陣可直觀描述出頻率跳變規(guī)律，如圖１所示。

    跳頻圖案的設(shè)計(jì)是跳頻通信系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵問題，直接影響到跳頻系統(tǒng)的保密、抗干擾、多址等性能。一般要求跳頻圖案的周期要長，這就要求控制跳頻圖案的偽隨機(jī)碼周期要長，即移位寄存器的級數(shù)要大。

１ 基于ＦＰＧＡ和ＤＤＳ技術(shù)的跳頻信號源設(shè)計(jì)

跳頻信號源即為載波頻率按照一定跳頻圖案跳變的信號發(fā)生器。設(shè)計(jì)一個(gè)性能優(yōu)異的跳頻信號源，困難在于其優(yōu)良的頻譜性能。筆者提出了一種基于ＦＰＧＡ?１??２?和ＤＤＳ技術(shù)的跳頻圖案的設(shè)計(jì)方案。指標(biāo)如下：６００跳／秒跳速；２０個(gè)跳頻點(diǎn)；３．４ＭＨｚ跳頻基帶；６８ＭＨｚ跳頻帶寬；１０６．７８ＭＨｚ～１７２．１４ＭＨｚ跳頻頻率中２０個(gè)頻點(diǎn)。ＤＤＳ采用ＡＤ公司的最新頻率合成器件ＡＤ９８５２，寫頻率控制字采用ＡＬＴＡＲＡ公司的可編程邏輯器件ＡＰＥＸ２０Ｋ系列中的ＥＰ２０Ｋ１００，其邏輯資源為１０萬門，兩者通過４０針總線接口相連?３?。其中，ＦＰＧＡ完成存儲頻率控制字、定時(shí)寫入頻率控制字的功能，ＡＤ９８５２則實(shí)現(xiàn)頻率合成輸出。頻率合成器ＤＤＳ是跳頻信號源中的一個(gè)關(guān)鍵部件，其原理如圖２所示。這種頻率合成器工作頻率高，可達(dá)ＧＨｚ數(shù)量級；分辨率高，可達(dá)１Ｈｚ以下，穩(wěn)定度高；體積小，重量輕，集成度高，這些都是其他頻率合成器件難以比擬的。ＡＤ９８５２是近年推出的高速芯片，具有小型的８０管腳表貼封裝形式，其時(shí)鐘頻率為３００ＭＨｚ，并帶有兩個(gè)１２位高速正交Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)４８位可編程頻率寄存器、兩個(gè)１４位可編程相位移位寄存器、１２位幅度調(diào)制器和可編程的波形開關(guān)鍵功能，并有單路ＦＳＫ和ＢＰＳＫ數(shù)據(jù)接口，易產(chǎn)生單路線性或非線性調(diào)頻信號。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源時(shí)，ＡＤ９８５２可產(chǎn)生高穩(wěn)定的頻率、相位、幅度可編程的正、余弦輸出，可用作捷變頻本地振蕩器和各種波形產(chǎn)生器。ＡＤ９８５２提供了４８位的頻率分辨率，相位量化到１４位，保證了極高頻率分辨率和相位分辯率，極好的動態(tài)性能。其頻率轉(zhuǎn)換速度可達(dá)每秒１００×１０６個(gè)頻率點(diǎn)。在高速時(shí)鐘產(chǎn)生器應(yīng)用中，可采用外接３００ＭＨｚ時(shí)鐘或外接低頻時(shí)鐘倍頻兩種方式，給電路板帶來了極大的方便，同時(shí)也避免了采用高頻時(shí)鐘帶來的問題。在ＡＤ９８５２芯片內(nèi)部時(shí)鐘輸入端有４～２０倍可編程參考時(shí)鐘鎖相倍頻電路，外部只需輸入一低頻參考時(shí)鐘６０ＭＨｚ，通過ＡＤ９８５２芯片內(nèi)部的倍頻即可獲得３００ＭＨｚ內(nèi)部時(shí)鐘。３００ＭＨｚ的外部時(shí)鐘也可以采用單端或差分輸入方式直接作為時(shí)鐘源。ＡＤ９８５２采用＋３．３

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