直接序列扩频技术(HFA3824A)

摘要由于直接序列扩频技术所具有的优点，它在无线电通讯中得到了广泛的应用。

本文主要介绍了直接扩频技术的原理，m序列的产生以及m序列发生器的结构和反馈系数，直接扩频信号的相关接收机的组成及解扩方式、直扩信号的相关处理。

以及直扩信号的同步。

在上述理论基础上，用Intersil公司生产的一系列芯片对直接扩频系统进行了实现，其中主要介绍了HFA3824型专用扩频电路的主要性能和用法以及在扩频通信中的应用与实现。

还对HFA3524、HFA3724进行了一定的介绍，简要说明了其内部结构和外围电路以及在扩频通信中的应用。

关键字扩频通信，无线电通信，实现，应用ABSTRACTBecause of its merits .The direct sequence spread spectrum (DS SS) technology is applying widely in wireless communication. The principle of the direct sequence spread (DS SS) technology, the generation of m-sequence, the structure of m-sequence generator and the feedback coefficients of it, the de-spread mode of the correlation receiver of the direct spread spectrum single and the correlation process and the synchronization of the direct spread spectrum single are described. Family chip that is produced by Intersil Company is used to realize the direct spread spectrum system on the basis of the above-mentioned theories. The performances and the methods of applications of the Intersil’s application-specific spread spectrum circuit (HFA3824A), and its applications and realization in spread spectrum communications are mainly described. The interior structure and the peripheral circuit of HFA3524 and HFA3724, and its applications in spread spectrum communications are briefly described as well.KEY WORDS spread spectrum communications，wireless communication，realization，applications前言扩展频谱通信是通信的一个重要分支和发展方向，它是扩展频谱技术和通信相结合的产物。

由于扩展频谱技术具有抗干扰能力强、截获率低、多址能力强、抗多径、保密性好及测距能力强等一系列优点，使得扩展频谱通信越来越受到人们的重视。

随着大规模集成电路技术、微电子技术、微处理技术的迅猛发展以及一些新型器件的广泛应用，扩展频谱通信的发展迈上了一个新台阶，它不仅在军事通信中占有重要的地位，而且正迅速地渗透到民用通讯中。

可以毫不夸张地讲，在现代通信系统，特别是无线通信系统中，没有扩展频谱技术，这些系统要生存都是比较困难的。

这次设计的主要任务是用HFA3824A芯片对直接扩频系统进行实现。

主要是用凌阳单片机作为HFA3824A驱动，并用一定的算法实现其功能。

这篇文章主要阐述了：直接扩频通信的理论基础，包括：Shannon公式的论述、直接扩频系统的组成和信号分析、伪随机序列的产生，主要是m序列的产生，以及直接扩频系统的相关接收和同步等；电路的制作，其中包括对HFA3824A芯片内部结构的论述，及外围电路的设计过程的论述。

其中主要解决了对HFA3824芯片的封装结构的设计，对其外围电路一些器件封装结构的设计以及其外围电路的一些功能的实现的论证包括由HFA3524及其外围电路构成的频率生成器、由HFA3724及其外围电路构成的中频电路。

第一章讲述了扩频技术及其理论基础包括Shannon公式的论述，信号带宽与信噪比的互换及扩频通信系统的数学模型与物理模型，直接序列扩频系统的组成和信号分析。

第二章讲解了伪随机码序列的产生方法，包括伪随机码的概念。

m序列的产生方法，反馈移位寄存器、循环序列发生器、m序列发生器、m序列的反馈系数、m序列发生器结构。

第三章是直接扩频的相关接收与同步，这一章讲述了直扩系统接收机组成及解扩方式，直扩信号的相关处理。

直扩系统的同步过程与初始同步法等。

第四章说明了电路的制作包括：对HFA3824A芯片的论述，详细说明了其信号的发送及其接受过程，以及其中的关键技术：捕捉与跟踪。

在本次设计中，可能有一些错误，恳请批评指正。

第1章 扩频技术及其理论基础1.1扩频技术的理论基础扩频技术是把要发送的信号扩展到一个很宽的频带上，然后再发送出去，系统的射频带宽比原始的带宽宽得多。

这样做，系统的复杂度比常规的复杂度要高得多，付出的代价是昂贵的，但从以下的论述中可以得知这样做是值得的。

1.1.1 Shannon 公式Shannon 定理指出：高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率(或称信道容量)为1/S C Blb b s N ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭(1-1)式中:B 为信号带宽;S 为信号平均功率;N 为噪声功率。

若白噪声的功率谱密度为0n ,噪声功率0N n B =,则信道容量C 可表示为01/S C Blb b s n B ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭(1-2)由上式可以看出，B ，0n ，S 确定后，信道容量C 就确定了。

Shannon 第二定理知，若信源的信息速率R 小于或等于信道容量C ，通过编码，信源的信息能以任意的差错概率通过通道传输。

为使信源产生的信息以尽可能高的信息速率通过信道，提高信道容量是人们所期望的。

由Shannon 公式可以看出：(1) 要增加系统的信息传输速率，则要求增加信道容量。

增加信道容量的方法可以通过增加传输信号的带宽B ，或增加信噪比S/N 可以来实现。

由式(1-1)可知，B 或C 成正比，而C 与S/N 成对数关系,因此,增加B 比增加S/N 更有效。

(2) 信道容量C 为常数时,带宽B 与信噪比S/N 可以互换,可以通过增加带宽B 来降低系统对信噪比S/N 的要求;也可以通过增加信号功率,降低信号带宽,这就为那些要求小信号带宽的系统或对信号功率要求严格的系统找到了一个减小带宽或降低功率的有效途径。

(3) 当B 增加到一定程度后,信道容量C 不可能无限的增加.由式(1-1)可知信道容量C 与信道带宽成正比增加B,势必会增加C,但当B 增加到一定程度后,C 增加缓慢。

由式(1-2)知，随着B 的增加，由于噪声功率0N n B =，因而N 也要增加，从而信噪比S/N 要下降，影响到C 的增加。

考虑到极限的情况，令B →∞，我们来看C 的极限。

对式(1-2)两边取极0lim lim 1B B S C Blb n B →∞→∞⎛⎫=+ ⎪⎝⎭(1-3) 考虑到极限1l i m (1) 1.44x l b x l b ex→∞+== (1-4) 令0/x S n B =,对式（1 – 3）有0000l i ml i m 1B B n B S S SC lb lbe Sn B n n →∞→∞⎡⎤⎛⎫⎛⎫=+=∙⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦ 故l i m 1.44B SC n →∞= (1-5) 由此可见，在信号功率S 和功率普密度0n 一定时，信道容量C 是有限的。

由上面的结论，可以推导出信息速率R 达到极限信息速率，即max R R C ==，且带宽B →∞时，通道要求的最小信噪比0/b E n 的值。

b E 为码元能量，max b S E R =。

由式(1-5)知m a x 0l i m 1.44B SC R n →∞== 可得00m a x 11.44b E S n n R == (1-6) 由此可得通道要求得最小信噪比为0m i n10.6941.61.44b E dB n ⎛⎫===- ⎪⎝⎭1.1.2 通道带宽与信噪比的互换由Shannon 公式可知，在一定的信道容量条件下，可通过增加通道带宽来减少发送信号功率，也可通过增加发送信号功率来减少信号带宽。

也就是说，在信道容量不变条件下，信号功率和信号带宽可以互换。

理想带通系统的B 与S/N 的互换能够实现极限信息速率传输速率且能够到达任意差错概率的通信系统为理想带通系。

理想带通系统是一个编码系统，而编码系统的带宽与信噪比的互换要比非编码系统的优越，因为编码系统的带宽可以比非编码系统的带宽宽得多。

图1 – 1是理想带通系统的原理框图。

调制器（编码器）信道解调器（译码器）fm BB,i iS N ,o o S N ',m Hf B图1 – 1 理想带通系统原理框图假定输入信号速率为m f ，经编码调制后的带宽为B ，则到达解调器的信息速率为⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=i i i N S Blb R 1 (1-7)式中：i S 为解调器输入信号功率；i N 为解调器输入噪声功率。

解调器把带宽为B 的信号解调为速率为'm m f f =的信息，带宽为H B 解调器输出的信息速率为01o H o S R B l b N ⎛⎫=+⎪⎝⎭ (1-8) 式中：o S 为解调器输出信号功率；o N 为解调器输出噪声的功率。

由于解调前后信息速率不变，则有 i o R R =，或11i o H i o S S Blb B lb N N ⎛⎫⎛⎫+=+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭/11HB B o i o i S S lb lb N N ⎛⎫⎛⎫+=+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭(1-9)若/1i i S N 和/1o o S N ，则有/HB B o i o i SS N N ⎛⎫≈ ⎪⎝⎭(1-10)由此可见，在理想带通系统中，输出信噪比/o o S N 随着带宽/H B B 的比值按指数规律增加，带宽的增加能明显的提高系统的输出信噪比，使系统的性能得到提高，增加带宽的有效途径是通过编码或调制的方法，增加信号的多余度，从而使带宽增大。