| 摘要：無線擴頻技術是現代通信最具潛力,最有前途的核心技術。本文闡述了利用此技術實現擴頻E1無線中繼器的基本原理和設計方案。 關鍵詞：無線擴頻,直接序列擴頻,無線中繼 上世紀50年代提出的擴頻通信技術提高了無線通信的抗干擾性和保密性,已經成為物理層的主要通信手段。無線中繼對于城市以外的地區(qū),尤其是地形復雜,地廣人稀的地方是一種方便經濟的中繼方式。為此,我們將擴頻技術應用于無線中繼,研制出一種基于HARRIS公司PRISM系列擴頻芯片的直接序列擴頻E1無線中繼器,該設備符合無線局域網IEEE802.11標準,是對傳統(tǒng)中繼器的一種合理改進。 擴頻E1無線中繼器的總體方案 擴頻E1無線中繼器的總體框圖如圖1所示。
擴頻E1無線中繼器為全雙工方式。作為主端其功能框圖見圖1(a),來自程控交換機或路由器等有線設備的E1數據流是線路傳輸碼（HDB3碼）,經過碼型轉換,HDB3碼解碼為NRZ碼。對該信號進行基帶擴頻,然后經過中頻調制和上變頻,饋至天線發(fā)送出去。從端是主端的逆過程,其功能框圖見圖1（b）。系統(tǒng)中基帶部分、中頻部分和射頻部分均在控制器的控制下協(xié)調工作。 碼型轉換模塊 我們選用CRYSTAL公司生產的E1線路接口芯片CS61575構成碼型轉換模塊,它可實現對E1數據流發(fā)送和接收的全部線路接口功能。該芯片單電源5V供電,對數據流的幀格式透明。內部可選擇產生適合于多種傳送距離的傳輸脈沖波形。接收器中有一個128bit的緩沖器,用于去除輸入數據的抖動。CS61575具有以下性能特點：  * 為E1應用提供線路接口; * 提供線驅動、去抖動和時鐘恢復功能; * 與AT&T 62411去抖動、同步要求完全兼容; * 低功耗典型值為175mW; * 內含HDB3碼編解碼器; * 發(fā)送器返回損耗為14dB。 基帶擴頻模塊 本中繼器需對E1信號進行透明的傳送,因此要求基帶擴頻芯片必須滿足以下兩個條件：（1）吞吐量必須能夠處理E1信號。（2）面向E1信號呈連續(xù)方式傳送。美國HARRIS（現更名為INTERSIL公司）推出的一套適用于2.4GHz載頻上的CDMA直接序列擴頻芯片組,非常適合于建立點對點,點對多點的無線通信系統(tǒng)。其核心為基帶處理芯片HSP3824,它可處理的最高數據率為4MBPS,滿足我們的吞吐量要求。 1 HSP3824簡介 HSP3824具有半雙工或全雙工基帶收發(fā)的全部必需功能,可以工作于DBPSK或DQPSK調制解調方式;片內有3 bit A/D轉換器用于輸入模擬I、Q信號的量化,還有6 bit A/D轉換器用于信道空閑狀態(tài)檢測,以免沖突;可編程產生11、13、15或16bit的擴頻碼;有最高達12dB的擴頻增益;有4種發(fā)送幀格式可選,幀頭內部自動產生或外部產生;單電源工作;有通用CPU接口用于芯片初始化及監(jiān)控等;該芯片具有較高的集成度、靈活性和通訊頻率,因此非常適用于設計無線Modem, 多媒體終端用的無線收發(fā)信機,用于音頻、視頻的點對點或點對多點的傳輸、無線局域網交換設備、CATV傳輸等。 2 HSP3824在系統(tǒng)中的應用 HSP3824可處理的最高數據率為4MBPS,而本設備所要處理的信號速率為2.048MBPS,因此我們需將該芯片降速使用,使其滿足吞吐量要求。另外,HSP3824主要滿足IEEE802.11協(xié)議要求,進行包方式傳送。為了實現E1信號的連續(xù)方式傳送,可以利用FIFO進行緩存,完成連續(xù)方式與包方式之間的轉換。其原理如圖2所示。
在圖中A,B兩點間的數據呈連續(xù)狀態(tài),而在其它各處按包方式傳送,由于每一數據包中具有包頭,故每包的數據速率應大于2.048MBPS。在這里如何設置FIFO的深度,每包的包長以及使控制信號互相匹配是關鍵問題。另外,為了保證E1數據的頻率,相位具有繼承性,必須要求各部分的時鐘信號具有繼承性。為此,我們考慮的方案如下： 在發(fā)端HSP3824的主時鐘MCLK是由輸入的E1信號時鐘TCLK20倍頻得來,即：MCLK=202.048=40.96MB/s,MCLK低于額定時鐘頻率44.00MB/s,故為降速使用。HSP3824的傳輸波特率為： 
其中：N為主時鐘分頻系數,G為擴頻增益。 我們取N=2,G=16,則 。若采用QPSK調制方式,則發(fā)送時鐘為：  3所示。 包頭（包括前導域與幀頭）總長為192bit,故包長L應滿足： 
 由此得：L=960bit ,每包的用戶數據長為960-192=768bit,FIFO至少應能緩存一個包內的用戶數據,故我們取其深度為1K�？刂破鞯目刂菩盘柡虷SP3824的發(fā)送準備好信號TXRDY共同控制FIFO,使之不抽空也不溢出。
收端HSP3824自動捕捉和鎖定接收信號,主時鐘MCLK標稱值與發(fā)端相同,接收數據時鐘RXCLK仍設定為MCLK的1/16,FIFO的讀出時鐘RCLK由MCLK20分頻獲得,控制器的控制信號和HSP3824的接收準備好信號RXRDY共同控制FIFO,使之不抽空也不溢出。這樣通過逐級繼承,保證了時鐘關系不發(fā)生失真。 中頻、射頻模塊 從系統(tǒng)性能考慮,我們選用HARRIS公司的芯片組HFA3724,HFA3624,HFA3524,HFA3424,HFA3925實現中頻調制/解調和上/下變頻功能。如圖4所示。
在主端,可編程基帶處理器HSP3824輸出擴頻后的兩路正交信號（IOUT,QOUT）,這兩路信號在HFA3724中以280MHz為載頻完成DQPSK/DBPSK中頻調制,已調中頻信號再經HFA3624上變頻至2.4GHz,ISM（工業(yè)、科學和醫(yī)療）頻段,最后經HFA3925功率放大由雙工器饋至天線發(fā)送出去。在從端,通過天線選擇器選擇合適的接收天線接收信號,接收到的2.4GHz擴頻信號經收發(fā)轉換開關饋至低噪聲放大器HFA3424,經下變頻器HFA3624變頻為280MHz的中頻信號送入HFA3724,中頻信號再通過HFA3724解調成為基帶信號送入HSP3824。 |
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