基于STELA的扩频信息系统的设计与实现硕士论文.docx

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基于STELA的扩频信息系统的设计与实现硕士论文

theSPreadSPectrumCommunication

SystemBasedonSTEL一20O0A

Abstract

WihthteswitfdeveloPmeniofmobileeommunieation，theITUadvaneesthe

snatd耐orIMTZ000as止etagretorthe3rdgeneartionmobileeommunieationsystem.

A刀dhtemostinfiueneingnadaPPlieativeeommunieationalteehnologiesbasedon

CDMAaerWCDMA，edm2a000，nadTD一SCDMA.AndthentheteehnologyofCDMA

basedonsPeradsPeetru们以hteoryPlaysaveryimPortnatorleinhtemobile

eorn们。

unieationalteehnolog，ywhiehindieatestheuseofofsPeradsPeeturm

eomrnunleationteehniqueinhteeornmecrialfieldhasdeveloPedinioanewstage.Under

htisbackgorund，alotofafmousLSI（LargeSealeInetgrationofCicruits）mnauafctuerr

inhetworldhasdeveloPedhteirownsPerdasPeeturmehiPPorduetswhiehhavealot

of丘mctions.TheirpaPearnaeesProvidehtepaPlieationofthesPerdasPeeturm

eo们n们nunieationsystemamoreeonvenieniPlatofrm.

Basedonstudyingnadreadingalotoferlativeliteratuers，thisPaPerdesignsnad

realiezsadireetsequeneesPredasPeeUrtmeommunicationbasebnadsystemdePendon

StnaofrdTeleeomeoproration，5newsPreadsPecturmehiPSTEL一200OAnad

Inieleoproartion，5AT89CS1.ThisPorjeetnaalysesnadexPatiatestheinterior

eo心ugartionnadworkingPrineiPleofSTEL一2000A，nademPhasiezsontheimPortnat

bloeksnadPivotaltechniquesinhteehiP.ThenitdesignshtesehemeofthesPreda

sPecturmsystem，ineludinghteholistierfmaeofhtesystemnadtheehoieesofeureial

Par别的eters.ThedesignofhtissehemedaoPtsASICehiPtouflfillthemainufnetionsof

thesPreadsPecturmeo

nununieationsystemnadenabeeonortlledbysotfware.Theeicruit15simPlenadflexible.Thisdesignenauflfilhtedemnadsofdieffrentdata

rtnasmissionsPeed.ltaeeomPlisheshtedesignofhardwareeireuit，nadexPatiateshte

ePabailiytofeveyrehiPsinhtissystemnadthePeriPheryinteracfeeireuitbetween

hteseehiPs.AtfernaalysingnadPerdominatingtheeonirollingtimingoftheehiPnadthe

wokringPrinciPleofhtesystem，htisPpaerdesignshtesystemsotfwareineludinghte

mainPrograrn们nebloek，thertnasmissioneonrtolingbloeknadrhereeeivingeonrtolling

bloek.AnditemPhasiezsonhowtosettheinnerregistersofSTEL一2000A.At

last，debugging15doneonhtehardwarePlatofmr，nadhteeorreetwvaeofmrresultshvae

摘要

随着移动通信的迅猛发展，国际电联（IUT）提出了把IMTZ000标准作为第三代

移动通信系统的发展目标。

IMT2000标准化建议中最有影响和应用前景的就是基

于扩频通信技术的W-CDMA、edmZaO00和TD一SCDMA。

这标志着扩频通信技术

在移动通信领域的应用进入了新阶段。

在这样的背景下，世界上很多著名的大规

模集成电路芯片制造商纷纷推出了自己的专用扩频芯片产品。

这些专用扩频芯片

的功能都很强大，它们的出现为扩频通信系统的应用提供了更加便利的平台。

本文在阅读和研究了大量相关文献的基础上，以美国StnaofdrTeleeom公司生

产的最新扩频专用芯片STEL一2000A和Atmel公司的AT89C51为核心，设计实现

了一个直接序列扩频通信基带系统。

在该设计中，分析阐述了STEL一2000A内部

结构和工作原理，重点分析了芯片中的各个重要模块与关键技术。

接着进行了扩

频系统方案设计，包括系统总体框架的设计和各种系统参数的选择。

该方案的设

计采用AsIC芯片来完成扩频通信系统中的大部分主要功能，可以用软件进行控

制，电路简单，使用灵活，能够满足不同数据速率的传输需要。

完成了硬件电路

设计，对系统中的各个芯片性能以及它们之间的外围接口电路进行了详细讨论。

在分析掌握芯片控制时序和系统工作原理之后，进行了系统的软件设计，设计给

出了主程序模块、发送控制模块和接收控制模块，并重点讨论了对STEL一2000A

内部寄存器的设置。

最后在硬件平台上进行了调试，得到了正确的波形结果。

通过对本系统的软件和硬件的设计和调试，加深了对扩频通信系统中各个重

要模块和各种关键技术的理解，并得到了一些有意义的结论。

为今后我国研制具

有自主知识产权的专用扩频芯片积累了一定的实际经验。

关键词:

扩频通信;CMDA;S丁EL一200以;

亿

第1章绪论...........................................................................................................……1

1.1扩频通信技术概述.................................................··································……1

1.2扩频通信技术发展与现状.......................................................................……1

1.3专用扩频芯片研发现状...........................................................................……2

1.4本论文的研究内容...........................................········································……3

第2章扩频通信系统...........................................················································……4

2.1扩频通信的基本原理....................···························································……4

2.1.1扩频通信的理论基础...................................................................……5

2.1.2扩频通信系统的指标...................................................................……6

2.1.3扩频通信的特点.............................................·.，···························……6

2.1.4扩频通信的分类............................................···························，···……7

2.2直接序列扩频通信系统（DSSS）.........................................................……8

2.3扩频序列.................................................................................................……10

2.3.1扩频码的选择...................................................··························……10

2

.

3.2m序列及相关特性.....……，.......................................................……11

2.4扩频信号的捕捉与同步....……，…，..........................................................……巧

第3章系统硬件平台设计.................................................................................……18

3.1系统总体方案设计.................................................................................……18

3.1.1系统总体构成..................................................................···········……18

3.1.2系统参数设计...........................................................................···········……19

3.2器件选择.................................................................................……，.........……23

3.2.1扩频芯片......................................................................................……23

3.2.2高速D/A转换芯片.....................................................................……27

3.2.3高速刀D转换芯片.....................................................................……28

3.2.4控制芯片的选择.........................................................................……30

3.2.5电平转换芯片.......................................................··.···················……31

3.3系统硬件接口电路.................................................................................……犯

3.3.1STEL一2O00A与Ar89C51的接口..............................................……32

3

.

3.2STEL一20O0A与AD9708的接口................................................……33

3.3.3STEL一Z000A与ADgO57的接口................................................……34

3.3.4AI，89C51与PC机的接口...........................................................……36

3

.

3

.

5制作PCB板的注意事项............................................................……36

3.4系统中的主要模块设计.........................................................................……38

介

生器.............................................................……38

3

.

4.2输入输出处理器.........................................................................……38

3.4.3差分编码器.................................................................................……38

3

.

4.4PN码发生器.............................................................................……39

3

.

4

.

5BPS幻QPSK调制器...................................................……，二，.......……40

3.4.6频率控制字寄存器和NCO........................................................……40

3.4.7下变频器.....................................................................................……40

3.4.8数字匹配滤波器.........................................................................……41

3.4.9功率检测器.................................................................................……43

3

.

4.11差分解调器................................................................................……43

3.5系统中的关键技术.…，…，......……，.，.，……，.，.，.…，...……，.，，，.........................……44

3.5.1白化处理.....................................................................................……44

3.5.2符号跟踪处理.............................................................................……45

3.5.3两种采样模式.............................................................................……46

3.5.3两种工作模式.............................................................................……48

3.6电路调试.................................................................................................……48

3.6.1中频回环功能的应用.................................................................……48

3

.

6.2STEL一Z000A中的测试点............................................................……49

第4章系统软件设计..........................................................……，........................……52

4.1系统软件的总体设计.............................................................................……52

.42STEL一Z000A内部寄存器的设置...........................................................……53

4.2.1PN码的设定.............................................................................……55

4.2.2调制方式的设定.....................……，.............................................……56

4.2.3采样模式及采样速率的设定.....................................................……56

.42

.

4NCO频率控制字（FCW）的设定.................................……，....……57

.42.5突发数据包长度的设定.............................................................……57

4.2.6相关峰检测门限的设定.............................................................……57

4.3调试结果及分析.....................................................................................……59

第5章结论.........................................................................................................……65

参考文献.........................................................................................................……66

附录1电路板原理图..........................................................................................……68

附录2电路板PCB图....................................……，..............................................……69

附录3电路板........................................................................................……，.……，..…70

ofsotfwarenadhardware，theeomprehensionof

theimPornattbloeksnadPivotalteehniquesinthe印readspeeturmeommunieation

sysetmhasbeeomedeePe.rAndsomeuseuflresultshvaebeenacquired.Praetieal

exPerieneeshvaebeenaeemuulatedofrhtedeveloPmeniofsPeradsPeet几mehiPofour

countyrown.

KyeW心rds:

SPreadSPeetrumCommunication;CDMA;STEL一2000A

﹃了/Jr一

......................................................................

……71

，‘气」，了7.致谢.....……

研究生履历

）

路A心转换器，应用起来更加方便，可编程数

据率最高也可以达到4MbPs，调制方式可以选择DBPSK或者DQPSK。

值得一提

的是stnaofdrTeleeom公司的STEL一2000A，在这几款芯片中它的功能最为强大，

使用时只需根据具体要求将功能寄存器设定为不同的值即可实现不同的工作模

式，外围电路也相对简单。

这些大规模集成电路的出现，使扩频设备的体积大大

缩小，成本大幅度降低，电路设计也更为简单，功能更加齐全，可靠性更高。

由于我国半导体生产工艺以及设计水平的相对落后，目前在扩频芯片研制领

域，还没开发出自己的专用扩频芯片，只能使用国外现成的产品。

而这些专用扩

频芯片产品虽然功能都很强大，但是也存在着一定的局限。

比如创门作为现成的

AsIC产品，其内部电路与大部分功能都己无法改变，缺少针对不同应用环境所应

具有的灵活性，也不便于系统以后的升级。

另外在扩频系统被应用到军事领域的

情况下，使用这些国外的芯片产品，对于军事机密和国家安全来说，并不是一件

好事。

1

.

4本论文的研究内容

本课题以STEL一Z000A为核心，采用AT89C51对它进行控制，辅以DA/、刀D

等外围电