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基于FPGA的CDMA调制/解调模块设计

2014-08-26 11:07
夜隼008
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  任何信息需要借助声、光、电信号进行传递,由于光信号和电信号在海水中的衰减比较严重,而声波是人类迄今为止已知的惟一能在水中远距离传播的能量形势,因此,近些年海洋中的水声通信系统的研究以及开发成了热点。水声通信是指利用水声信道进行通信双方数据传输的通信系统,水声通信系统构成与传统的无线电通信系统构成具有极大的相似性,但是水声通信系统是将电信号转换成声信号,携载信息的声信号在水中进行传播完成系统的数据传输。

  1水声通信系统的总体结构

  基于CDMA的水声通信调制/解调系统的设计框图如图1所示,整个设计系统主要实现了信号的CDMA调制/解调、控制DAC以及ADC进行数字采集,模数转换和数模转换由专用的集成芯片来实现。功率放大器的功能是实现对调制信号的放大,信号放大与调理是功率放大的逆过程;发射水声换能器实现将经过放大器产生的电磁能转化为声能,接收水声换能器是将接收到的声信号转化为电信号。

基于FPGA的CDMA调制/解调模块设计

  图1水声通信系统基本模型

  设计的水声通信系统电路原理框图如图2所示。系统的主控制芯片是Altera公司的CycloneⅢ系列的EP3C10E144C8N,内部主要包括通信模块、扩频模块、BPSK调制模块及相应的解调模块;外围电路包括整个系统的供电电路、实现A/D转换的ADS7800芯片、实现D/A转换的TY5639芯片、为整个系统提供时钟信号的的晶振电路、实现TTL电平与CMOS电平兼容的电平转换芯片74HC245A、用于烧写目标程序的JTAG接口,另外还包括数据传输的电路等。

基于FPGA的CDMA调制/解调模块设计

  图2水声通信系统的电路设计框图

  该系统的工作过程:首先是上位机模拟发射端,将要发送的数字信号经串行口发送给FPGA芯片,通信模块接收数字信息后依次传送给扩频模块BPSK调制模块,至此将接收到的数字信息进行调制后产生的信号经D/A转换器转换成模拟电信号,然后该电信号经水声换能器转换成声信号发送出去,携载了发送方发送信息的声信号在水下环境进行传播。其次是接收端,接收端同样有一个水声换能器负责将接收到的声信号转换成电信号,经A/D转换器后,所得数据信号经同步后进行BPSK解调,最后将解调出来的数字信号经通信模块传给串行口,从而发送给接收端,一次水声通信过程完成。

  2系统的FPGA实现

  CDMA又称码分多址,是以扩频通信为基础的一种调制和多址方式,扩频通信技术是一种信息传输方式,要求信号所占有的频带宽度远大于所传信息所必需的最小带宽;频带的展宽是通过编码及调制的方法实现的,并与所传信息数据无关;在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据。其理论依据是信息论中的香农公式:

  C=Blog2(1+S/N)(1)

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