直接序列扩频LD9002DX2的原理及应用

时间:2023-07-24
  摘 要: 本文介绍了Lanwave公司的码分扩频专用芯片LD9002DX2的基本原理,及其在基于LD9002DX2的直接序列扩频系统中的应用。

  关键词: 无线通信;扩频技术;码分多址复用;LD9002DX2


  概述

  扩频通信的主要优点是抗干扰能力强,具有高频谱效率,抗多径衰落,保密安全性高,同频率可在多个小区内重复使用,在一定的带宽里能够支持更多的用户,不仅容量大,而且通话质量和保密性很高。本文介绍的是Lanwave公司的码分扩频(CD/SS)数字信号处理体系的专用数字无线通信芯片LD9002DX,它可以广泛应用于各种无线通信系统中。


  LD9002DX的结构特点

  LD9002DX具有升级的内部DSP处理能力来支持高密度码,而且附加了多种对改变控制和数据包协议的有益功能。LD9002DX的分数芯片模式采用下边带相位编码技术,它是微相移键控的一个变种方案,使用带模糊逻辑的多变点控制寄存器。


  芯片特征
  主时钟频率:20MHz(DX2-20),33MHz(DX2-33),40MHz(DX2-40);
  先进的码分扩频,单比特码分多址技术,采用VPSK编码;
  在语音传输中采用先进的减噪措施;
  每帧有24位的命令域并采用前向纠错保护;
  支持空间频率多点变化的集成双天线设计;
  采用模糊逻辑的空频多点变化寄存器(DCR);
  可编程CPU时钟发生器,可编程的通用计时器;
  突发传输模式可以把数据带宽增加到500%,直到每个数据包15字节;
  支持窄带数字编码和少于1/3的速率码的混频跳变;
  信息采用用户可选的8×32位的调制码编码,附加22位的用户身份域和8×11位的加密,以达到信息安全;
  具有ADPCM编码解码器的直接接口和4位/8位的微控制器
  集成电源管理,低电压(2.6V到3.6V单电压源供电),静态CMOS电路设计;

  33MHz激活模式下,典型的电源消耗是30mA,电源消耗量是0.5mA。


  芯片功能描述
  L9002DX2芯片包括以下几个实现不同功能的模块,芯片内部功能框。
  码分扩频/解扩功能

  在码分扩频(CD/SS)技术中进行频谱扩展采用了很大数目的正交码,它又称为色码(Color Code)。把色码预编程送入数字信号处理器。用户数据在2N个二进制空间内集成为一个符号矩阵。在传输这些符号时,它们被各自对应的色码序列(也被称为奇普)所代替,进行基带传输。接收时再逆转编码操作,就可以得到正确的信息。在这个过程中的信道噪声的影响会被消除。


  分双工通信功能

  L9002DX2芯片采用时分复用(TDD)技术传输数据,它可以在一条半双工的通信链路上模拟全双工通信。进行通信的两个单元,一个作为主单元,一个作为从单元,可以使用TDD帧相互通信.主从通信设备单元可以采用三种通信帧来确定通信链路和传输数据。


  数据与语音加密功能
  在L9002DX2芯片用于通信时,由于用户可以选用不同的伪随机编码,数据传输中又使用了码分扩频技术,所以数据的传输过程就具有安全性。允许用户在每一帧的基础上对传送帧进行加密。这样就附加了更高的数据安全性。传送的数据能由芯片上产生的一个随机序列进行编码。只有采用相同密钥编程的接收者才能正确译解接收帧。
  在L9002DX2芯片中的随机序列由下列多项式f(x)产生:
  f(x)=1+x+x2+x3+x5+x11

  用户可以通过在控制寄存器中初始化x0到x7的值来定义一个的随机序列。如果把密钥矢量设置为0x00,加密功能自动关闭。


  先进的降噪功能

  为了消除语音通信中产生的噪声,L9002DX2采用了降噪方法。种噪声产生于无线误码。它是由过量的信道噪声产生的,将使码分扩频系统(CD/SS)做出错误的符号决定。当芯片的误码率大于10-2,或者每100个收到的奇普中有1到10个随机错误时,通常就会发生这种情况。如果需要的话,当前软件抑噪将应用于ADPCM编码解码器。更多情况时,ADPCM的编码机制所固有的抑制单个随机比特噪声的特性,使得通常并不需要额外的降噪措施。第二种噪声是由于接收器不能得到接收数据帧时产生。这时会被作为帧错误发到控制器,通信链路必须重建。L9002DX2芯片可编程处理帧错误,若在命令寄存器中的STKY比特清除,则L9002DX2会立即宣布对帧错误解锁,同时会去掉LOCK和RLOCK信号,它会试图采用发送或接收获得帧的方法来重建通信链路。仅当它几次尝试后仍无法收到正确的数据帧时,才宣告失锁。尝试发送帧的次数,可以由用户在一个控制寄存器中预先编程设定。在没有数据接收的时间内,L9002DX2向ADPCM编码解码器送出静码,该静码的值寄存在静码寄存器中。这样就消除了帧错误期间对可见噪声信号进行软件抑制的需要。


  纠错功能

  为防止数据接收错误,在发送数据时,每8比特数据伴随着一个奇偶校验位。奇偶校验位的产生与校验是自动完成的。当奇偶校验出错时,状态寄存器中CER位及CER#信号输出管脚会立即产生信号。当检验到奇偶校验位时,它们就被设置到每一个子帧中,当读状态寄存器时,它们就被清除。


  基于LD9002DX2的直扩系统
  硬件框
  结合LD9002DX2的特点,笔者以其为设计了一个直接序列扩频系统,其原理所示,LD9002DX2负责信号的扩频/解扩频,TDD的建立,信息的加密,是整个系统的部分。话音经I/Q设备输入ADPCM编码,再经过扩频,加密处理后,经过射频调制模块调制后,经过功率放大/低噪声处理后,由一外接天线发出信号。而接收过程则相反。整个系统的工作由CPU(MCS-51)控制时钟电路、键盘和LCD的协调工作。各部分的功能如下:
  PA/LNA收发转换控制:控制前置放大以及射频信号的接收和发送。
  RF MD/DE:对由调制/解调模块送来的射频信号进行功率放大及低噪声前置放大,且控制射频信号的收发转换。
  键盘输入:用户可以由此输入信息。
  LCD显示:控制LCD显示已报到、等待、通话、侯选人姓名以及同声翻译语言等提示信息。
  PLL参数设置:控制调制/解调部分中的PLL模块,通过改变其参数来设置频点,多可设置4个频点。
  数据发射控制:采用的方式进行编解码,主要功能是完成话音与数据的转换,将基带数据交由扩频/解扩模块或从扩频/解扩模块接收基带数据,恢复成语音。
  语音I/O模块:完成语音的输入/输出功能,使得与会代表之间完成交流。这部分由话筒、扬声器等实现。
  软件工作流程

  对LD9002DX2的控制可以由单片机或DSP来完成,其工作流程所示。


  结语
  LD9002DX2可以使用在500KHz射频带的低成本数字无线电话上,以及高性能的无线PABX和任意无线开频带本地环路系统中。在基带数字信号处理中附加的编码效率可以提高空间利用率,简化射频滤波电路的设计。
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