2.1 發(fā)射單元設計

　　發(fā)射單元主要包括偽隨機序列碼模塊(PN 碼發(fā)生器)，擴頻模塊，BPSK調制模塊。

　　2.1.1 PN碼發(fā)生器

　　PN碼發(fā)生器采用m序列發(fā)生器的原理，m序列式最長線性移位寄存器，是由移位寄存器加反饋后形成的。一個線性反饋移存器能產生m 序列的充分必要條件為：期特征多項式為本原多項式。本設計設計了一個7 級周期為127 的發(fā)生器，所選用的本原多項式為f (x) = 1 + x + x2 + x6,使用VHDL語言編寫。

　　2.1.2 擴頻模塊

　　將PN碼發(fā)生器生成的m序列與輸入的數(shù)字信號進行異或，完成擴頻功能。擴頻模塊的RTL圖如圖5所示。

　　圖5 擴頻模塊RTL圖

　　2.1.3 BPSK調制模塊

　　調制模塊選擇了具有恒包絡特性的BPSK調制，它是通過基帶信號控制載波的相位，使得載波相位發(fā)生跳變的一種調制方式。當碼元為‘1’時，調制后相位變?yōu)?80°，當碼元為‘0',時，調制后相位變?yōu)?°，為此設計了BPSK 調制模塊，設計例化了兩個ROM,通過Matlab 生成。mif文件用來存放0°和180°的數(shù)據(jù)，另外還有地址選擇器，數(shù)據(jù)選擇器。

　　整個發(fā)射端的仿真圖如圖6所示，clk為系統(tǒng)時鐘，clk_bpsk 為進行BPSK 調制的時鐘，datain 為輸入數(shù)據(jù)，m_out 為生成的m 序列，spre_out 為擴頻后 的波形，bpsk_out為BPSK調制后的輸出。從結果可以明顯地看出輸出信號有兩次相位變化，一次是從0°~180°的跳變，另一次是從180°~0°的跳變，可以看到數(shù)據(jù)被正確的調制。

　　圖6 發(fā)射單元仿真圖

　　2.2 接收單元設計

　　為了驗證設計系統(tǒng)的可行性，系統(tǒng)里設計了BPSK解調和解擴模塊，并將發(fā)射端調制好的數(shù)據(jù)直接作為接收端的輸入數(shù)據(jù)。BPSK 解調模塊里同樣例化了一個ROM,存儲了相位為0°的數(shù)據(jù)，將通過載波同步后的數(shù)據(jù)與ROM的輸出數(shù)據(jù)進行相乘，然后進行抽樣判決，判決結果如圖7所示，圖中spre_out為發(fā)射端擴頻完的數(shù)據(jù)，sam_out 為進行抽樣判決后并延時了70 個clk_bpsk,目的是為了將數(shù)據(jù)恰好在數(shù)據(jù)始終的上升沿，p_out表示開始進行解調輸出，從圖中可以看出判決延時后的數(shù)據(jù)恰好與擴頻后的數(shù)據(jù)完全相同，只是延時了一段時間表示解調時間。

　　圖7 BPSK解調模塊結果圖

　　假設解擴模塊里已進行PN 碼的同步，此處只 是進行了一定時間的延時，使其恰好與發(fā)射端PN 碼相同，然后與BPSK 解調后的數(shù)據(jù)進行異或，得到輸出數(shù)據(jù)，結果如8 所示，sp_end 為解擴完的數(shù)據(jù)，p_end 為標志位表示開始進行解擴，datain 為輸入的原始數(shù)據(jù)，從圖中可以看出解擴的數(shù)據(jù)域最初的原始輸入數(shù)據(jù)相同，只是有一段時間的延時，可看出系統(tǒng)進行了正確的解調。

　　圖8 解調仿真圖

　　3 結語

　　本文設計了一個基于FPGA 的直接序列擴頻系統(tǒng)的水聲通信調制/解調系統(tǒng)，目的在于使水聲無線通信中具有更強的抗干擾性和保密性，系統(tǒng)中包含了信號的擴頻及BPSK 調制以及相應的解調模塊，并且在Modelsim 仿真軟件上驗證成功。雖然BPSK 調制相對于2FSK,2ASK 具有帶寬窄、頻率高、抗干擾性強等優(yōu)點，廣泛的應用于中高速通信中。但是在更高速的通信系統(tǒng)中，BPSK調制已經不能滿足頻帶利用率和系統(tǒng)的有效性等要求，故基本采用多進制調相系統(tǒng)。此外，絕對調相系統(tǒng)會產生倒相現(xiàn)象，因此應該考慮采用相對相位調相系統(tǒng)，基于該思路的水聲無線通信一定會有更好的應用前景。