[发明专利]一种扩频信号源

权利要求书

1.一种扩频信号源，该信号源从原理上主要分为扩频调制和载波调制，而单片机起到核心控制的作用，其特征在于:单片机一共连接了四个外设：键盘、液晶显示、时钟发生器和FPGA，且时钟发生器与FPGA连接，所述FPGA再与载波调制连接；其中，扩频调制主要由可编程逻辑器件FPGA来完成，五组PCM码和八组PN码分别存在两块EPROM中，液晶显示屏提供给用户一个界面，提示用户输入各种参数，单片机依照用户从键盘输入的组别产生地址；FPGA根据单片机提供的地址，按照时钟发生器产生的时钟，从EPROM中提取数据，并在FPGA内部完成扩频调制，然后送出数据进行载波调制；

扩频调制采用直接序列扩频调制，输出的信号波形为：

式中：T_c是伪码码片宽度，

nT_n≤t≤(n+1)T_n，n为整数，Tn是时钟周期；时钟发生器采用型号为AD9850的发生器，AD9850使用了先进的直接数字频率合成技术(DDS)，此处的AD9850产生了一个5.23264MHz的时钟信号；

其中，载波调制采用二进制相移键控(BPSK)，BPSK信号的表达式为：

式中：S为载波信号的功率，ω₀表示角频率，直接扩频的BPSK信号可表示为：

式中：c(u,t)为m序列；d(u,t)为信号数据；u为随机变量；

载波由锁相环电路产生，BPSK的调制是通过可编程频率合成器实现，通过调整AD9854的增益大小来实现输出信噪比的变化。

2.根据权利要求1所述的一种扩频信号源，其特征在于，所述锁相环电路采用锁相环MC145151和压控振荡器MC1648组成，码率时钟和载波频率都是由锁相环电路产生；MC145151是基于CMOS技术的低功耗锁相环，分频数范围是：N＝3～16383，参考频率可通过外接晶体或外接时钟提供，本信号源为提高频率的稳定度，采用高稳定度晶体为参考时钟，压控振荡器由外部电路MC1648提供，提供调整外围电路，MC1648输出方波或正弦波，最高频率达225MHz；

伪码码率时钟的中心频率是2MHz，调整范围是1～3MHz，步长为100KHz，调整MC1648的外围电路使输出信号为方波，数据信号码率是伪码码率的1/N，其中N为m序列的长度，数据信号的串行输出时钟是m序列的1/N，载波中心频率是6MHz，调整范围是3～9MHz，步长100KHz，调整MC1648外围电路使输出信号为正弦波。

3.根据权利要求2所述的一种扩频信号源，其特征在于，为保证后续电路的取样和传输，需要将调相后的正弦信号进行滤波成形，带通滤波器利用运算放大器来实现；白噪声产生原理是利用具有雪崩效应的齐纳二极管产生噪声，然后再将其经宽带放大器进行放大后与扩频信号进行相加。

4.根据权利要求1所述的一种扩频信号源，其特征在于，数据传输利用IDT7205作为缓存接口来实现，IDT7205为FIFO型异步读写的存储器芯片，容量为8192*9bit，存取时间为12ns，有空、半满、满三个标志位，最大功耗为660mW，工作电压为+5V，IDT7205通过中断方式将PC传来的数据写入送到IDT7205中，EMP7128连续地由读出口将数据从IDT7205中读出进行并串转换和扩频调制。

5.根据权利要求2所述的一种扩频信号源，其特征在于，控制部分是由LPC2104来实现对整个信号源的控制，包括载波频率、伪码码率和伪码序列的设置，同时还通过串口进行PC与信号源之间的数据传输，LPC2104具有ARM7TDM1-S处理器，CPU工作频率可达60MHz，支持32位ARM指令和16位THUMB指令；ARM7TDM1-S处理器使用三级流水线来增加处理器指令流的速度，这样可使几个操作同时进行，并使处理和存储器系统连续操作，能提供0.9MIPs/MHz的指令执行速度，16Kbit的片内RAM方便数据处理和缓存。

6.根据权利要求2所述的一种扩频信号源，其特征在于，伪随机序列的自相关函数具有类似于白噪声的自相关函数，其表达式为：

在坐标图上是一个三角形：幅度高为A²，时间由-T_c到T_c，T表示一个时间周期，f表示晶振频率，

由该自相关函数作傅里叶变换可得伪随机序列的功率谱：

该功率谱是一个[sinx/x]²型的伪噪声谱，其带宽为2/T_c，是伪码码率的两倍。