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1、基于ML2724和DSP的2．4GHz快速跳頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2、第1...關(guān)鍵詞：跳頻技術(shù)擴(kuò)頻通信無(wú)線局域網(wǎng)ML2724DSP2．4GHz是無(wú)線產(chǎn)品開發(fā)使用最為廣泛的公用頻段。目前很熱門的技術(shù)話題——無(wú)線局域網(wǎng)的802．11標(biāo)準(zhǔn)就是采用2．4GHz這段頻段。針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)，最大的爭(zhēng)論便是其安全性和穩(wěn)定性，國(guó)內(nèi)外諸多文獻(xiàn)指出：除了在無(wú)線局域網(wǎng)中采用更佳的密鑰機(jī)制，應(yīng)該廣泛使用擴(kuò)頻和跳頻等技術(shù)，增加其在無(wú)線信道上的穩(wěn)定性和安全性。比較無(wú)線局域網(wǎng)中采用直接序列擴(kuò)頻和跳頻兩種方式的性能，可以得出：在無(wú)線局域網(wǎng)中采用跳
3、頻方式更佳。目前，對(duì)于跳頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常采用CPLD+FPGA+DSP協(xié)同頻率合成器實(shí)現(xiàn)，這樣既增大了系統(tǒng)的體積，更導(dǎo)致系統(tǒng)的成本很高。本文介紹了基于高性能、低成本的ML2724和DSP的2．4GHz快速跳頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于ML2724集成了可編程頻率合成器、正交調(diào)制器和各種濾波器，并具有方便的控制接口，這樣既可以減小體積，又可以降低成本；詳細(xì)介紹了信道的分配和PN碼的設(shè)計(jì)，以及跳頻同步問(wèn)題，并給出了部分軟件實(shí)現(xiàn)的流程圖。圖11ML2724簡(jiǎn)介ML2724是MicroLinear公司的一款高性能的廣泛應(yīng)
4、用于2．4GHz快速跳頻通信系統(tǒng)的單片集成收發(fā)芯片，它集成了本振、抗鏡像Ⅳ濾波器和基帶低通濾波器、限幅器、數(shù)據(jù)判決器，并且自帶了一個(gè)可編程控制的頻率合成器，具有同步指示和與基帶處理相接的各種端口。它具有以下主要特點(diǎn)：(1)能夠完成2．4GHz通信系統(tǒng)的收發(fā)功能的集成單芯片；(2)信道間隔為2．048MHz，具有80個(gè)信道；(3)完全集成了所有的Ⅲ濾波器和數(shù)據(jù)濾波器；(4)靈敏度為-90dBm；(5)內(nèi)部集成了完整的1．6GHz的頻率合成器；(6)作為FHSS發(fā)射，能夠達(dá)到1600跳／秒；(7)可以利用
5、一個(gè)3線的接口可編程控制PLL；(8)具有模擬接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSl)；(9)在2．4GHz時(shí)，傳輸距離10m～1000m，傳輸速度可達(dá)1．5Mbps；(10)可以應(yīng)用于TDD和TDMA通信系統(tǒng)中。其內(nèi)部原理框圖如圖1所示。圖22系統(tǒng)的組成原理與設(shè)計(jì)2．1系統(tǒng)的組成原理筆者設(shè)計(jì)的2．4GHz快速跳頻系統(tǒng)的組成原理如圖2所示。系統(tǒng)主要由ML2724和DSP完成，該系統(tǒng)能達(dá)到1600跳／秒。如果跳頻圖案為正交排列，本系統(tǒng)的跳頻點(diǎn)數(shù)最大可以為80個(gè)，非正交排列則為40個(gè)，在跳頻帶寬范圍內(nèi)，跳頻間隔為1．
6、024MHz，中心頻率為2．4GHz，跳頻處理增益分別為16dB(正交)、16dB(非正交)；DSP完成基帶信號(hào)的編解碼處理、跳頻同．步控制、收發(fā)控制，以及跳頻同步信息的提取和語(yǔ)音編解碼器的控制。語(yǔ)音編碼可以采用AMBE2000實(shí)現(xiàn)，也可以采用MC3518實(shí)現(xiàn)CVSD的語(yǔ)音編碼。下面將探討跳頻信道的分配、跳頻圖案的設(shè)計(jì)，以及跳頻同步問(wèn)題。2．2跳頻信道的設(shè)置如果按ML2724內(nèi)部的分頻點(diǎn)規(guī)則，鄰近頻率間隔不重疊(非正交排列)，系統(tǒng)的跳頻點(diǎn)數(shù)最多只能有40個(gè)頻點(diǎn)，由于跳頻點(diǎn)數(shù)太少不能滿足系統(tǒng)抗干擾指標(biāo)，
7、所以本系統(tǒng)中采用了相鄰頻點(diǎn)間正交排列方式，如圖3所示。即允許發(fā)射頻率的間隔重疊，間隔為1．024MHz，雖然正交排列與常規(guī)排列方式的系統(tǒng)帶寬相同，但是跳頻點(diǎn)數(shù)增加了一倍，跳頻處理增益獲得3dB的提高。2．3跳頻圖案和序列的設(shè)計(jì)由于受系統(tǒng)工作頻點(diǎn)的限制，頻點(diǎn)只能在80個(gè)(正交排列)的頻點(diǎn)中偽隨機(jī)地選取。從跳頻系統(tǒng)性能上講，系統(tǒng)對(duì)跳頻圖案的產(chǎn)生和性能有如下要求：(1)跳頻圖案的周期性應(yīng)足夠長(zhǎng)，線性復(fù)雜度應(yīng)足夠大，以達(dá)到高保密度的性能和強(qiáng)的抗破譯性；(2)同一網(wǎng)內(nèi)各用戶間的跳頻圖案的互相關(guān)性能要好，跳頻圖案
8、的自相關(guān)性能也要良好，以減小因碰撞帶來(lái)的信噪比損失；(3)具有較好的隨機(jī)性，使其不易被他方捕獲和解密；(4)各頻點(diǎn)在頻帶內(nèi)均勻分布，以增強(qiáng)抗干擾性能；(5)跳頻指令碼的數(shù)量要多，可更換，以便多網(wǎng)使用，這樣可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗截獲性。從國(guó)內(nèi)外資料和研究來(lái)看，跳頻圖案的構(gòu)造通常采用m序列、M序列、Gold碼和鐘控碼等產(chǎn)生。這些碼各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中鐘控碼性能最好且數(shù)量多；非線性碼相關(guān)性能較好、編碼復(fù)雜度高、難于破譯，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，挑選碼比較困難；Gold碼數(shù)量多，周期長(zhǎng)，具有三值互相關(guān)性；RS碼相關(guān)性好，但周期
9、短；M序列也屬于非線形碼，其數(shù)量雖多，但相關(guān)性差；m序列相關(guān)性能好，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但數(shù)量少。綜合各方面的因素，筆者采用了理論研究最完備、易于產(chǎn)生的m序列，并通過(guò)非線性變換的方法，增加序列的復(fù)雜度，并使其非線性化、具有優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)性能。A．Lempl和H．Greenberger于1974年提出了具有最佳漢明相關(guān)性能的跳頻序列簇的構(gòu)造模型，它是基于有限域GF(P)上的n級(jí)m序列發(fā)生器。以發(fā)生器的眾個(gè)相鄰級(jí)(k≤n)與某個(gè)k項(xiàng)逐項(xiàng)模P相加后，去控制頻率合成
