基于FPGA的直擴(kuò)接收機(jī)偽碼同步跟蹤技術(shù)的研究.pdf

1、擴(kuò)頻通信，即擴(kuò)展頻譜通信(Spread Spectrum Communication)，它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽(yù)為進(jìn)入信息時(shí)代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。隨著個(gè)人通信業(yè)務(wù)的發(fā)展以及全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用，到目前為止，使用擴(kuò)頻技術(shù)的用戶已經(jīng)超過(guò)一億。 20世紀(jì)80年代末,全球范圍通信技術(shù)從模擬向數(shù)字蜂窩的突然轉(zhuǎn)變，使歐洲的GSM數(shù)字技術(shù)得以迅速推廣，占據(jù)了無(wú)可爭(zhēng)議的市場(chǎng)領(lǐng)先地位。幾乎與GSM技術(shù)同時(shí)誕生的還有CDMA技術(shù)。CDM

2、A(Code Division Multiple Access)是在擴(kuò)頻通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種嶄新而成熟的無(wú)線通信技術(shù)。正是由于它是以擴(kuò)頻通信技術(shù)為基礎(chǔ)的，能夠更加充分的利用頻譜資源，更加有效的解決頻譜短缺問(wèn)題，因此被視為是實(shí)現(xiàn)第3代移動(dòng)通信的首選。它有著抗干擾性能好，抗多徑衰落能力強(qiáng)，系統(tǒng)容量增大，通信質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。 而PN碼序列同步是擴(kuò)頻系統(tǒng)特有的，也是擴(kuò)頻技術(shù)中的難點(diǎn)。CDMA系統(tǒng)要求接收機(jī)的本地偽隨機(jī)碼與接收到的

3、PN碼在結(jié)構(gòu)、頻率和相位上完全一致，否則就不能正常接收所發(fā)送的信息，接收到的只是一片噪聲。因此，PN碼序列的同步是CDMA擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。 PN碼的同步分為兩個(gè)步驟:捕捉和跟蹤。捕捉又稱為起始同步，完成偽隨機(jī)碼的粗同步，使本地?cái)U(kuò)頻碼與接收擴(kuò)頻碼的相位差小于一個(gè)碼元間隔。跟蹤又稱為精同步，它是在捕捉的基礎(chǔ)上使收發(fā)雙方的偽隨機(jī)碼的相位誤差進(jìn)一步減少，保證收端的偽隨機(jī)碼相位一直跟隨接收到的偽隨機(jī)碼的相位，在一允許范圍內(nèi)變化。

4、 隨著軟件無(wú)線電技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的基于復(fù)雜模擬硬件的接收設(shè)備逐漸被數(shù)字IC產(chǎn)品所替代，F(xiàn)PGA作為ASIC產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)的可編程邏輯器件，以其豐富的邏輯資源和可重新配置的優(yōu)勢(shì)，成為人們前期研究與開(kāi)發(fā)的重要手段。 本文從直接序列擴(kuò)頻接收機(jī)的整體設(shè)計(jì)入手，提出了FPGA實(shí)現(xiàn)方案并建立了基于Altera Cyclone II EP2C20Q240C8N FPGA的軟件無(wú)線電系統(tǒng)，對(duì)工程實(shí)踐有一定的指導(dǎo)意義。Cyclone II系列

5、FPGA芯片從根本上針對(duì)低成本進(jìn)行設(shè)計(jì)，為成本敏感的大批量應(yīng)用提供用戶定制特性，并以低于ASIC的成本實(shí)現(xiàn)了高性能和低功耗。其密度分布范圍廣，含有豐富的存儲(chǔ)器和嵌入式乘法器，并提供多種封裝選擇。Cyclone II 器件還支持低成本應(yīng)用中常見(jiàn)的各種外部存儲(chǔ)器接口和I/O協(xié)議，參數(shù)化IP內(nèi)核簡(jiǎn)化了接口和協(xié)議應(yīng)用。 本文詳細(xì)分析了三種偽碼同步跟蹤方法的特點(diǎn)，并利用matlab和verilog程序進(jìn)行了系統(tǒng)性的仿真。 完成的工

6、作如下： (1)較詳細(xì)闡述了擴(kuò)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)原理以及偽隨機(jī)碼的產(chǎn)生方法，并給出了利用matlab和verilog兩種不同方式生成偽隨機(jī)碼的詳細(xì)過(guò)程。 (2)從系統(tǒng)角度分析了擴(kuò)頻接收機(jī)設(shè)計(jì)的流程，以及各部分的主要功能，并就重點(diǎn)技術(shù)做了詳細(xì)的闡述。 (3)利用FPGA為核心的開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行軟件無(wú)線電的開(kāi)發(fā)，從軟件方面來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)的功能。 (4)著重分析了三種不同的偽碼同步跟蹤方式，并利用其中的延遲鎖定環(huán)做了系統(tǒng)性