直接擴頻通信同步系統(tǒng)的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：對直接擴頻通信同步系統(tǒng)進行了研究，使用PN碼作為擴頻序列，利用其良好的自相關(guān)性，提出一種新式的滑動相關(guān)法使收發(fā)端同步，并給出該系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn)方法。利用ISE 10．1開發(fā)軟件仿真驗證，證明此方法可以提高運算速度，減少捕獲時間。
關(guān)鍵詞：擴頻通信；滑動相關(guān)；FPGA

0 引言
擴頻通信系統(tǒng)具有容量大、抗干擾能力強、保密性好等優(yōu)點。但是如果收發(fā)兩端PN碼的頻率和相位不同步，解擴后的數(shù)據(jù)只是一片噪聲。擴頻通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一PN碼同步包含捕獲和跟蹤兩個過程，本文只對捕獲過程做重點研究。
最簡單的串行捕獲方法是滑動相關(guān)法，本文在原有方法上加以改進，使得捕獲的速度更快，實時性更強。

1 滑動相關(guān)的基本原理
滑動相關(guān)法是利用PN碼良好的相關(guān)特性，在接收端與發(fā)送端相位不對齊時相關(guān)值很小，而當(dāng)它們相位對齊時做相關(guān)運算會輸出一個很大的峰值。
如圖1所示，接收信號與本地產(chǎn)生的PN碼做相關(guān)運算，如果計算結(jié)果小于預(yù)設(shè)門限值，則門限鑒別器會控制PN碼移位控制時鐘，在此時鐘驅(qū)動下，碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機序列移動一個相位繼續(xù)和接收信號做相關(guān)運算。直到計算結(jié)果大于某一門限值時，表示完成對接收信號的捕獲，門限鑒別器就不再控制PN碼移位，而給跟蹤單元使能信號，讓跟蹤單元開始工作。

這種方法最大的優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，但是如果接收信號和本地PN碼不對齊，需要不斷對本地碼移位并重新計算判決，速度慢，實時性不好，本文對滑動相關(guān)法進行改進，系統(tǒng)性能提高明顯。

2 改進滑動相關(guān)法的FPGA實現(xiàn)
改進滑動相關(guān)捕獲法的FPGA實現(xiàn)包括以下模塊：信號存儲模塊、PN碼存儲模塊、乘法器模塊、積分器模塊和門限鑒別模塊。原理框圖如圖2所示。

采樣得到的接收信號存于信號存儲器中，本地PN碼不再由PN碼產(chǎn)生器生成，而是事先存于FPGA內(nèi)部的存儲器中。相關(guān)運算時不滑動本地PN碼，直接由存儲器中讀取，每采樣一次滑動一次接收端存儲單元數(shù)據(jù)，通過后續(xù)單元并行計算并完成一次相關(guān)判決，這樣可以提高運算速度，發(fā)端發(fā)完一組完整PN碼就可以完成信號的捕獲。算法每個單元具體實現(xiàn)過程將在下文具體闡述。