一種基于二次擴頻的幀同步提取的FPGA實現

摘    要：本文介紹了一種利用擴頻技術實現幀同步的方案，重點介紹了用補碼配對相減匹配濾波法實現同步提取的原理及其FPGA設計實現，并在同步提取的基礎上簡要敘述了幀同步信號的抵消。
關鍵詞：相關峰；幀同步；補碼配對相減匹配濾波法

引言
在時分復用通信系統(tǒng)中，實現幀同步的傳統(tǒng)方法是在復用幀中插入一個幀同步時隙，幀同步碼是一組特殊碼型的碼組，接收端利用幀同步碼的相關性實現幀同步。幀同步碼是具有良好自相關性和互相關性的獨特碼，當和本地碼完全同步時的相關峰最大，其他任何時候的相關峰很小。幀同步碼在復幀中占用時隙較短，幀效率較高，幀同步實現簡單，適用于功率受限的系統(tǒng)，缺點是幀頭易被干擾。
在一些抗干擾通信系統(tǒng)中，要求幀頭具有較強的抗干擾性能。在一些文獻中，在復用幀中插入特定的一次擴頻碼作為幀同步時隙，一次擴頻碼的長度不可能太長，否則，不僅降低了幀效率，而且將給同步提取帶來很大的困難。鑒于一次擴頻碼的局限性，本文介紹一種基于二次擴頻技術的幀同步算法，并用FPGA實現了該算法。

基于二次擴頻的幀同步提取
基本原理
時分復用通信系統(tǒng)收發(fā)端復幀構成及同步提取如框圖1所示。所謂二次擴頻，就是在一次擴頻碼的基礎上，用另一個擴頻碼再擴頻一次。兩次擴頻的碼字在長度上可以相同，也可以不同。本文介紹的基于二次擴頻的幀同步算法中幀頭并不占用復幀時隙，而是復接在一幀數據的前L段數據上，二次擴頻碼的長度，即L要足夠長，以便在用戶信息和噪聲比幀頭信息幅度高很多的情況下仍然可以實現同步。幀頭淹沒在其它信號里，這樣不僅抗干擾能力強，而且?guī)实玫搅撕艽蟮奶岣摺?BR>復接的同步信號先經長度為L1的PN1擴頻，再經長度為L2的PN2擴頻，因此二次擴頻碼的長度為。假設二次擴頻碼表示為，噪聲為，經A/D采樣后的數據為，復合數據，經調 制后發(fā)射。接收時經正交采樣、低通濾波后，即可進行二級解擴，找出相關峰。直擴通信系統(tǒng)的擴頻碼同步一般都是通過求截取到的數據和本地擴頻碼的互相關性來進行的，擴頻碼長度為L，那么接收數據和PN碼之間的循環(huán)互相關函數為：

＝
                       (1)
由于 和與PN是互不相關的，因此，(1)式的前半部分相關值很小。當后半部分與本地的PN碼完全對應，即時，將會有一個很高的相關峰，其大小取決于擴頻碼的長度 。

幀同步Matlab仿真結果
假設每一幀有M路數據，每幀數據長度為N。二級擴頻碼數據疊加在每一幀數據的前L個復接數據上，擴頻碼的幅度較弱，可小于用戶平均功率20dB。然后，存儲1~2幀數據后，解擴進行相關運算，找出相關峰值作為同步頭，用于下一幀數據的分接。
幀同步方案的Matlab仿真結果如圖2所示。這里設用戶采樣數據為一些隨機數，幅度為1000。為敘述方便，假定N=16136，，，則二次擴頻數據為128