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第29卷第4期 2008年12月 内 蒙古农业大学学报 Joumal of Inner Mongolia Agricultural University V01.29 No.4 Dee.2008 用FPGA实现直接序列扩频通信’ 孙嘉鹏1,张杰2,程浩3,张昱‘ (1.内蒙古电子信息职业技术学院电子工程系.呼和浩特010011; 2. 内蒙古农业大学计算机与信息工程学院.呼和浩特010018;3.郑州大学电气工程学院.郑州45(11301; 4.北京建筑工程学院.北京100044) 摘要:扩频通信作为第3代移动通信的核心技术,系统需要完成快速复杂的信号处理。对电路的处理速度提出了更 高的要求。本文以直接序列扩频通信为对象,用软件Pmtd99SE设计了以FPGA芯片EPlc3T144C8N为核心的系统 硬件电路,并将VHDL程序下载到硬件电路的EPlC3T144 CSN芯片中。得到了实际的较为满意的扩频信号波形,证 明实现了扩频调制。实验结果表明本系统与传统的实现方式相比,系统的稳定性、可靠性和处理速度大大提高,减 少了硬件延时,体现了FPGA的高速并行处理能力和全硬件实现的特点。 关键词: 扩频通信;FPGA; 伪随机序列 中图分类号:TP315 文献标识码:A 文章编号:1009—3575(2008)04—0239—05 REALIZING THE DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM COMMUNlCATION WITH FPGA (1.coZ姆矿戤ec£肌】cc Eng/船edng,Inner Mongo//a Co//ege矿electronic information,执棚妇010011,China; Z College矿Computer&Information Engineering,Inner Mongolia A舒i,admm2 Vniversity,ttuh抽t 010018,China; 3. College矿Electri枷Engineering ofZhen别tou Unwers劫,,z7切皤勘“450001,China; 4. &咖皤University ofCivil Engineering andArchitecture,日ei.fing 100044,China) Abstract: Spread Spectrum Communieafi∞髓a tlIiId—generation mobile communications technology.the syBtem no.Is to be done fast and complex sis,1al processing,the circuit has set a higher processing sp税-d.Based Orl direct 8踟[tlence spread spectrum communi- cations。t唧e血g PIatel99SE software designed to EPlc3T144C8N chip FPGA at the cote of the system h舡rdwKl['e circuit,the proce。 dures VHDL and downloadad to the hardware circtilt chip EPl C3T144 C8N.have been more satisfied with the actual spread spectrum signal Wave that has spread—spectrum modulation. 11址results show that the system Wim the traditional method,system stability,reliability and greatly increased processing speed Spread耳目ct唧communieatlon;FPGA;pseudo—random唧ence and reduced hlLrdwal℃delay,reflecting the FPGA high—speed parallel processing htLrdw¥2"e to achieve full capacity and features. Key WOrds: 扩频通信n.2】,即扩展频谱通信技术(Spread Spectrum Communication),它与光纤通信、卫星通信 一同被誉为进入信息时代的3大高技术通信传输方 式。 由于FPGA在性能、成本、灵活性和功耗等方面 的优势,基于FPGA的信号处理器已广泛应用于各 种信号处理领域。FPGA提供了极强的灵活性,可让 设计者开发出满足多种标准的产品。FPGA所固有 的灵活性和性能也可让设计者紧跟新标准的变化, 并能提供可行的方法来满足不断变化的标准要 求‘”。 本文通过对扩频通信系统的仔细研究,对本系 统进行了整体分析后,划分出了各个功能模块,然后 在QuartuslI FPGA设计开发平台上完成软件设计, 最后完成系统的硬件电路。 扩频通信相关原理 扩展频谱通信系统是指待传输信息的频谱用某 · 箨作霎者品简羿介 ;2:孙孙 00矗矗8晨 晨-(1(0-091一97)5,一女),,女讲,师讲。师主。要主从要从摹事电电子子与与通通信信方方面面的的研研究究.. 万方数据 内 蒙古农 业 大学学 报 2008年 个特定的扩频函数扩展后成为宽频带信号,然后送 人信道中传输,再利用相应手段将其压缩,从而获取 传输信息的通信系统。即在传输同样信息时所需的 射频带宽,远比我们熟悉的各种调制方式要求的带 宽要宽的多。也就是扩频前的信息码元带宽远小于 扩频后的扩频码序列(chip)的带宽。信息已不再是 决定调制信号带宽的1个重要因素,其调制信号的 带宽主要由扩频函数来决定。一般常用的扩频函数 为伪随机编码信号…。 扩展频谱技术的理论基础可用香农(C.E.Shah— non)信 C=道哗容(量1公+式 S/N) 来描述。该公式表明,在高斯信道中当传输系统的 信号噪声功率比S/N下降时,可用增加系统传输带 宽w的办法来保持信道容量C不变。对于任意给 定的信号噪声功率比,可以用增大传输带宽来获得 较低的信息差错率。扩展频谱技术正是利用这一原 理,用高速率的扩频码来达到扩展待传输的数字信 息带宽的目的。扩频通信系统的带宽比常规通信体 制大几百倍至几千倍。故在相同的信噪比条件下, 具有较强的抗噪声干扰的能力。 另外旺】,香农又指出:在高斯噪声的干扰下,在 平均功率受限的信道上,实现有效和可靠通信的最 佳信号是具有白噪声统计特性的信号。这是因为高 斯白噪声信号具有理想的自相关特性它的自相关函 数为: R(丁)=≠一『+∞一。s(∞)∥如=;%(t) 鼽即,=留 未茹管 白噪声的自相关函数具有8(T)函数的特点,说 明它具有尖锐的自相关特性。但是对于白噪声信号 的产生、加工和复制至今存在着许多技术上的困难。 然而,有许多易于产生又便于加工和控制的伪随机 噪声序列,它们的统计特性逼近于高斯白噪声的统 计特性。在这里引用伪噪声序列的统计特性,借以 说明扩展频谱技术的实质。 设某种伪随机序列周期为P,且码元都是二元域 {1,一1}上的元,假设一个周期为P,码元为茗的伪 随机序列X的归一化自相关函数为心】: 1 P f÷∑茗^+, Rx(j)={P,i11 【÷∑茗^+。 ,121 当-『=0时(模p) 当.『≠0时(模p) 式中:_『=0,1,2,3,…,P—l。当伪随机序列码 长P取足够长或P趋于无穷时。上式可简化为: rl 当J=0时(模p) Rx(”n7 :Jl-_.1*0当J≠0时(模p) P 可以看到式中当P足够长或趋于无穷时,该伪 随机序列和白噪声信号有类似的统计特性,也就是 逼近于高斯信道要求的最佳信号形式。所以用伪随 机码扩展待传基带信号的扩展频谱通信系统,优于 常规通信体制。 扩频通信系统分为直接序列扩展频谱系统、跳 频扩频系统、跳时扩频系统和混合式扩频系统。在 本系统的实现中,采用直接序列扩展频谱系统,它是 目前应用较广泛的1种扩展频谱系统。 直接序列扩展频谱系统的系统原理图见图l。 旧源 H躺器 卜@卜p ,旧机 { l射频滤波器卜p—p基带滤波器1 M序列发7卜器 射频振荡器 数控振荡器 M序列发,1-.器 万方数据 图l 直接序列扩展频谱系统的系统原理图 6弘嘲删system Fig.1 Direct∞q∞II∞Bpread system schematic diagram 第4期 孙嘉鹏等: 用FPGA实现直接序列扩频通信 24l 数据源经过基带的编码器处理后,系统使用由 M序列发生器产生的伪随机码(PN code)对信息比 特进行模2加得到扩频序列,然后用这个扩频序列 对载波进行调制。最后发射到空中。PN码的码速 比原始信息码速度高很多,每一PN码的长度(即 Chip宽度)很小。 由非线性反馈移位存储器产生的周期最长的序 列简称为M序列。在实际工程应用中,m序列比较 成熟,但是M序列与rn序列相比,最主要的优点是 数量大,即同样级数N的移位寄存器能够产生的平 移不等价M序列的总数比in序列的大的多,且随着 N的增大而迅速增加。m序列是最长线性移位寄存 器序列,而M序列是非线性移位寄存器产生的周期 最长的序列。现在。随着EDA技术的发展,这种算 法已可利用VHDL语言在FPGA上实现。 2基于VHDL语言的FPGA实现 直序扩频通信系统的整体设计与实现,包括系 统的软件设计与实现和硬件设计与实现。其设计主 要思路为:先完成系统的软件设计,即用VHDL硬件 描述语言在QuartuslI设计平台下进行扩频通信系 统的语言描述,通过功能和时序仿真;同时构建以 FPGA芯片为主体的硬件电路,完成其外围电路设 计,如时钟电路的实现、下载电路的实现、输入输出 接121电路的实现、D/A转换电路的实现等;然后将 VHDL语言文件转换为FPGA芯片支持的下载文 件,经过计算机并口或者专用下载芯片烧写在FPGA 芯片中,再通过数字示波器完成其硬件调试工作。 2.1 系统软件设计部分 在系统的软件设计实现中,采用了VHDL硬件 描述语言进行设计,并在Altera公司的QuartusII软 件中完成程序编写、语言编译和调试和硬件下载工 作‘‘一81。 本系统的软件设计部分由信息码输入模块、伪 随机码产生模块、异或模块、差分模块、BPSK调制模 块和噪声产生模块组成。把上述各个模块连接起 来,然后进行编译、仿真,下载到硬件电路的 EPl C3T144 C8N芯片中,就能完成相应功能,完成系 统的构建。 伪随机序列产生模块是其中一重要的模块,该 模块的主要功能是t在16分频(即1.25MHZ)时钟 下,在使能信号ell和伪随机信号置缈循环移位信 号sl控制下,输出64位伪随机序列,该序列的初始 值为59553655b2552b55。该模块由两个子模块组 成uJ。其框图如图2所示。 图2伪随机序列产生模块 隐.2 Pseudo—random imquence ben erated modules 其中1个子模块MCODEARRAY的功能是在en 和elk的控制下并行输出64位的伪随机序列,另1 个子模块SHIFTREG64的功能是将并行输入的64 位伪随机序列串行输出。 子模块MCODEARRAY的部分VHDL程序如 下【,一ll】. ■ ● architecture behave of meodearray is be舀n process(elk) begin 万方数据 242 内 蒙古农 业大 学学报 2008年 if(clk‘event and clk=’1’)then——在时钟上升沿 if(∞=’l’)then——如果使能信号 为‘l’时 qout(0)<=’l’;——并行输出64 位伪随机序列 qout(1)<=’0’ ……………………● qout(62)<=’1’; qout(63)<=’0’; else for I in 63 downto 0 loop——当使能信号为‘0’时 qout(i)<=’0’;——并行输出全‘0’ end loop; end if; end if; end process; end behav; 2.2系统硬件设计部分 硬件部分的设计主要完成3块电路板的设计, 即FPGA下载电路板1(下载方式为ByteBlaster下 载电缆与FPGA配置芯片)、FPGA下载电路板2(下 载方式为ByteBlaster下载电缆和单片机配置)、D/A 转换及信号放大电路板‘5.1引。 圈 下载电路模块 P FPGA芯片 -----_ .D/A转换 (EPlC3T144C8N 模块 T 时钟 圈 图3系统整体硬件结构框图 Fig.3 System haIdwKre architecture diagram 该硬件系统的主要功能为: (1)支持ByteBlasterMV下载电缆、EPC2LC20 PFGA配置芯片、单片机控制FPGA下载电路3种方 式对FPGA进行配置,其中FPGA下载电路板l和2 两块电路板可以单独作为FPGA设计实验电路板使 用。再辅助外部的电路可以进行FPGA设计与开发。 (2)扩频通信信息码的输人通过八位拨码开关 置人.八位扩频传输控制位也由八位拨码开关置入, 如信息码置位控制位、信息码清零控制位、伪随机码 置位控制位、伪随机码使能控制位等,采用这种设计 方法可以很方便的对系统的参数做修改。 (3)D/A模块和运算放大器模块放在l块电路 板上,方便与Flea下载电路板进行连接,也可以单 独进行调试。D/A转换芯片采用THS5651A,支持 的输人速率为125MHz,并行数据宽度为十位;运算 放大器采用THS4001,支持的输入速率达到 270MHz。由于D/A芯片和运放芯片支持的输人频率 都比较高,非常适合扩频通信采用。 2.3 系统的验证及输入输出波形说明 本系统测试所用示波器为带宽为200MHz、可跟 踪四路信号输入、可进行单路信号的数学运算。如 FFT运算和两路信号运算,如相加相减运算、彩色显 示、可存储波形于闪存卡的数字示波器。下面所述 的各个波形图均用该设备采集。 (1)系统时钟信号 本系统的时钟为20MHz,采用的晶振为有源晶 体振荡器。 (2)系统数字合成正弦波形 该系统BPsK调制所用1.25MHz正弦信号为 FPGA器件在20MHz时钟作用下。通过正弦查找表 的方式输出10位待D/A转换的数据,然后通过D/ A转换芯片THS5651A和放大器芯片THS4001来输 出。 (3)系统输出信号 万方数据 第4期 孙嘉鹏等: 用FPGA实现直接序列扩频通信 “3 系统输出为BPSK调制的扩频信号,如图4所 示。 运行该系统,通过仪器观测系统的工作情况,本 系统已完成预定设计功能。具体分析如下: 在上图中,输出的已经进行差分编码的扩频序 列为“110110011000”,如图中上边所示波形,然后对 该序列进行PSK调制即得到扩频序列的DPSK波 形,如图中下边所示波形。我们还可以看到,当差分 编码后的码元为‘1’时,正弦信号的起始相位为0, 而码元为‘0’时,起始相位为订。从波形图中还可以 看到,较之扩频序列波形,DPSK波形要延迟大约0.4 p8,大约为半个1.25MHz正弦信号周期,这是由于 在设计中由于时钟分频产生的误差。 图4输出扩频序列及其PSK调制波形图 Fig.4 Output证de frequent,¥equene呛and PSK modulation oecillogram 3 结论 本论文在对通信信号的扩频处理和DPSK调制 进行研究的基础上,在Altera公司的FPGA开发平台 QuartluslI上实现了1个基带扩频通信系统的主要模 块及相关的子模块,并进行了相应的仿真,仿真通 过后,将程序下载到硬件电路的EPlC3T144 C8N芯 片中,得到了实际的较为满意的扩频信号波形,证明 实现了扩频调制。实验结果表明本系统与传统的实 现方式相比,系统的稳定性、可靠性和处理速度大大 提高,减少了硬件延时,体现了FPGA的高速并行处 理能力和全硬件实现的特点。 参考文献: 嬲. [1】 首一凡,李晖.扩频通信原理[M】.机械工业出版社, [2】 首兴雯.刘乃安,孙猷璞.扩展频谱通信及其多址技术 [M】.西安电子科技大学出版社。2004. [3]潘松,黄继业.EDA技术与VHDL[M3.清华大学出版 社,2005. [4] 李虎.一种扩频通信调制器的FPGA设计与仿真[J】. 今日电子,2008. [5] 张佳炜.直序扩频通信系统的SYSTEMVI以仿真及其 FPGA实现(发送端设计)[D】.河北大学。2005. [6] 张欣.扩频通信数字基带信号处理算法及其VLSI实现 【M].科学出版社,2004. [7] 赵威威,余先伦,吴玉成.直序扩频通信系统的研究与 SystemView仿真[J】.现代电子技术,2008. [8] 廖芳.扩额通信中伪随机序列编解码器的FPGA实现 (J].电子技术应用,2007. [9] 黄任.VHDL入门解惑经典实例经验总结[M].北京航 空航大大学出版社,2005. [10] (美)BobZeidma.基于FPGA&CPLD的数字IC设计方 法[M].北京航空航天出版社,2004. [11] 冀勇钢,马福昌.基于FPGA的M序列的设计与实现 [J].电子元器件应用,20cr7. [12] 路而红.专用集成电路设计与电子设计自动化[M】. 清华大学出版社,2004. 万方数据 用FPGA实现直接序列扩频通信 作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 孙嘉鹏, 张杰, 程浩, 张昱 孙嘉鹏(内蒙古电子信息职业技术学院电子工程系,呼和浩特,010011), 张杰(内蒙古农业大 学计算机与信息工程学院,呼和浩特,010018), 程浩(郑州大学电气工程学院,郑州 ,4543001), 张昱(北京建筑工程学院,北京,100044) 内蒙古农业大学学报(自然科学版) JOURNAL OF INNER MONGOLIA AGRICULTURAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 2008,29(4) 0次 参考文献(12条) 1.首一凡.李晖 扩频通信原理 2005 2.曾兴雯.刘乃安.孙献璞 扩展频谱通信及其多址技术 2004 3.潘松.黄继业 EDA技术与VHDL 2005 4.李虎 一种扩频通信调制器的FPGA设计与仿真[期刊论文]-今日电子 2008 5.张佳炜 直序扩频通信系统的SYSTEMVI以仿真及其FPGA实现(发送端设计)[学位论文] 2005 6.张欣 扩频通信数字基带信号处理算法及其VLSI实现 2004 7.赵威威.余先伦.吴玉成 直序扩频通信系统的研究与System View仿真[期刊论文]-现代电子技术 2008 8.廖芳 扩频通信中伪随机序列编解码器的FPGA实现[期刊论文]-电子技术应用 2007 9.黄任 VHDL入门解惑经典实例经验总结 2005 10.BobZeidma 基于FPGA&CPLD的数字IC设计方法 2004 11.冀勇钢.马福昌 基于FPGA的M序列的设计与实现[期刊论文]-电子元器件应用 2007 12.路而红 专用集成电路设计与电子设计自动化 2004 相似文献(10条) 1.学位论文 周屹 大容量扩频通信机关键技术FPGA实现技术研究 2007 无线通信因为发射功率小,设备简单,通信方式灵活,抗毁性强等优点成为无线部门和其他远距离通信和指挥的重要工具。就通信的顽固性,机动 性和灵活性而言,无线通信也具有一定的的优越性。在无线通信系统的研制中,通信速率与抗干扰性能是衡量通信系统水平的关键。大容量扩频通信机 研制的项目在这两方面都达到了国内先进水平。 本文作为大容量扩频通信机项目的关键组成部分之一,研究了使用现场可编程器件(FPGA)来设计与实现时间与频率同步技术,数字上变频与下变频 技术以及FPGA与终端、DSP、A/D、D/A的接口技术等相关问题。论文主要内容如下: 针对时间与频率同步技术,本文首先介绍了一种适合本系统的时间与频率同步算法。然后,将同步过程分为基于短序列的时间同步、基于长序列的 时间同步结束检测、基于长序列的频率同步三个部分详细讨论其实现技术。最后,通过比较在DSP中与在FPGA中所实现的同步的性能,结合所使用资源的 分析,证明了在FPGA中实现对时间与频率同步技术是可行的。 针对数字中频实现技术,本文首先介绍了其基础理论。然后将整个中频系统划分为CIC滤波器、CIC补偿滤波器、混频电路分别讨论其实现技术。通 过理论分析和仿真确定了CIC滤波器的参数;讨论了CIC补偿滤波器中滤波器阶数对补偿性能的影响;分析比较了混频电路部分的实现方式,最后采用查 表法实现并分析了其性能。 在本系统中,由于需要终端、DSP、FPGA等的相互配合完成整个通信任务,FPGA与外部器件的接口是实现的关键问题之一,依据系统的具体情况,本 文提出了FPGA与终端、DSP接口的实现要求并最终给出了解决方案。 大容量扩频通信机系统已经完成室内有线及室外无线的通信测试,测试结果满足系统要求。这进一步证明了本文所描述的FPGA实现在实际应用中的 可行性。 2.学位论文 刘芳 基于FPGA的扩频通信基带系统的研究与设计 2005 随着移动通信的迅猛发展,基于扩频理论的CDMA技术已成为国际电联规定的第三代移动通信系统的主要标准化建议。从而,确立了CDMA通信技术在 移动通信的稳固地位,这标志着扩频通信技术在民用通信领域的应用进入了新阶段。 本论文的目标是实现一个基于FPGA的扩频通信基带系统。该系统的实现涉及扩频通信系统的相关知识,重点是扩频信号的同步解扩技术以及匹配滤 波器的实现方法。同时硬件平台需要有关FPGA的相关知识以及实现这些模块的硬件描述语言VerilogHDL和ISE开发平台,本次设计使用XILINX公司的 SPARTANII系列XC2S100-6PQ208开发芯片,以SYNPLICITY公司的SYNPLIFYPRO作为综合工具,以XILINX公司的ISE6.1作为布局布线工具。 本论文设计了全数字直接序列扩频基带系统的结构,并且在ISE开发平台上具体实现了这个扩频基带系统,重点完成了扩频信号的相关解扩、捕获和 同步电路的设计,将多种专用芯片的功能集成在一片大规模FPGA芯片上,实现了高度集成化、小型化。并对系统中的每个模块和整个系统进行相应的功 能仿真和时序时延仿真,以MODELTECH公司的MODELSIMSE作为仿真验证工具,结合VerilogHDL语言进行逻辑电路的编程、仿真,完成了程序下载和信号引 出,通过测试,实现了所需逻辑功能。 3.学位论文 孙嘉鹏 用FPGA实现直接序列扩频通信 2008 扩频通信,即扩展频谱通信技术(Spread Spectrum Communication),它与光纤通信、卫星通信一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式 。 扩频通信是将待传送的信息数据用伪随机编码序列,也即扩频序列(SpreadSequence)调制,实现频谱扩展后再进行传输。接收端则采用相同的编码 进行解调及相关处理,恢复出原始信息数据。 扩频通信系统与常规的通信系统相比,具有很强的抗人为干扰,抗窄带干扰,抗多径干扰的能力,并具有信息隐蔽、多址保密通信等特点。 现场可编辑门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)提供了极强的灵活性,可让设计者开发出满足多种标准的产品。FPGA所固有的灵活性和性 能也可让设计者紧跟新标准的变化,并能提供可行的方法来满足不断变化的标准要求。 EDA 工具的出现使用户在对FPGA设计的输入、综合、仿真时非常 方便。EDA打破了软硬件之间最后的屏障,使软硬件工程师们有了真正的共同语言,使目前一切仍处于计算机辅助设计(CAD)和规划的电子设计活动产生 了实在的设计实体论文对扩频通信系统和FPGA设计方法进行了相关研究,并且用Altera公司的最新的FPGA开发平台QuartusII实现了一个基带扩频通信系 统的发送端部分,最后用软件Protel99SE设计了相应的硬件电路。 该系统的设计主要分为两个部分。第一部分是用QuartusII软件设计了系统的VHDL语言描述代码,并对系统中每个模块和整个系统进行相应的功能仿 真和时序时延仿真;第二部分是设计了以FPGA芯片EP1C3T144C8N为核心的系统硬件电路,并进行了相关测试,完成了预定的功能。 4.期刊论文 马静.殷奎喜.柯炜.赵华.Ma.Jing.Yin.Kuixi.Ke.Wei.Zhao.Hua CDMA扩频通信同步系统的FPGA设计与 实现 -微计算机信息2006,22(5) 介绍了一种CDMA扩频通信同步系统,并用Gold码作为扩频序列,利用其良好的相关性进行扩频和解扩,采用滑动相关法使发送端的Gold码和接收端的 Gold码达到初始同步,并给出了该系统的FPGA器件实现方法,最后用QuartusⅡ4.1开发软件进行了仿真验证.结果表明,该系统实现方法简单,硬件实现复杂 度低,大大节省了FPGA内部资源. 5.学位论文 李晓梅 基于FPGA的直扩通信系统的同步设计与实现 2009 扩频通信技术因为具有较强的抗干扰、抗噪声、抗多径衰落能力、较好的保密性、较强的多址能力和高精度测量等优点,在军事抗干扰和个人通信 业务中得到了很大的发展。尤其是基于扩频理论的CDMA通信技术成为国际电联规定的第三代移动通信系统的主要标准化建议后,标志着扩频通信技术在 民用通信领域的应用进入了新阶段。 近年来,随着微电子技术和电子设计自动化(EDA)技术的迅速发展,以FPGA和CPLD为代表的可编程逻辑器件凭借其设计方便灵活等特点广泛应用于数 字信号处理领域。 本论文正是采用基于FPGA硬件平台来实现了一个直接序列扩频通信基带系统,该系统的实现涉及扩频通信和有关FPGA的相关知识,以及实现这些模 块的VHDL硬件描述语言和QuartusⅡ开发平台,目标是实现一个集成度高、灵活性强、并具有较强的数据处理能力的扩频通信基带系统。 本论文中首先对扩频通信的基础理论做了探讨,着重对直序扩频的理论进行了分析;其次根据理论分析,设计了全数字直接序列扩频基带系统的结 构,完成了扩频序列的产生、信息码的输入和扩频。重点完成了对基带扩频信号的相关解扩和几种同步捕获电路的设计,将多种专用芯片的功能集成在 一片大规模FPGA芯片上。在论文中列出了部分模块的VHDL程序,并在QuartusⅡ仿真平台上完成各部分模块的功能仿真。 6.学位论文 黄文海 无线扩频集成电路开发中信道编解码技术研究与FPGA实现 2005 本论文主要对无线扩频集成电路设计中的信道编解码算法进行研究并对其FPGA实现思路和方法进行相关研究。 近年来无线局域网IEEE802.11b标准建议物理层采用无线扩频技术,所以开发一套扩频通信芯片具有重大的现实意义。无线扩频通信系统与常规通信 相比,具有很强的抗干扰能力,并具有信息荫蔽、多址保密通信等特点。无线信道的特性较复杂,因此在无线扩频集成电路设计中,加入信道编码是提 高芯片稳定性的重要方法。 在了解扩频通信基本原理的基础上,本文提出了“串联级联码+两次交织”的信道编码方案。串联的级联码由外码——(15,9,4)里德-所罗门 (Reed-Solomon)码,和内码-(2,1,3)卷积码构成,交织则采用交织深度为4的块交织。重点对RS码的时域迭代译码算法和卷积码的维特比译码算法进行 了详细的讨论,并完成信道编译码方案的性能仿真及用FPGA实现的方法。 计算机仿真的结果表明,采用此信道编码方案可以较好的改善现有仿真系统的误符号率。 本论文的内容安排如下:第一章介绍了无线扩频通信技术的发展状态以及国内外开发扩频通信芯片的现状,并给出了本论文的研究内容和安排。第 二章主要介绍了扩频通信的基本原理,主要包括扩频通信的定义、理论基础和分类,直接序列扩频通信方式的数学模型。第三章介绍了基本的信道编码 原理,信道编码的分类和各自的特点。第四章给出了本课题选择的信道编码方案——“串联级联码+两次交织”,详细讨论了方案中里德-所罗门(ReedSolomon)码和卷积码的基本原理、编码算法和译码算法。最后给出编码方案的实际参数。第五章对第四章提出的编码方案进行了性能仿真。第六章结合 项目实际,讨论了FPGA开发基带扩频通信系统的设计思路和方法。首先对FPGA开发流程以及实际开发的工具进行了简要的介绍,然后给出了扩频通信系 统的总体设计。对发射和接收子系统中信道编码、解码等相关功能模块的实现原理和方法进行分析。第七章对论文的工作进行总结。 7.期刊论文 王文潇.Wang Wenxiao 扩频通信接收机关键技术的FPGA实现 -无线电工程2005,35(6) 扩频伪码的捕获与跟踪是扩频通信接收的软/硬件资源.为了实现接收机的小型化、降低功耗、提高系统的性能和可靠性,提出了采用FPGA实现扩频伪 码的捕获与跟踪及其他关键技术,在FPGA上集成数字下变频、载波振荡器、匹配滤波器、伪码发生器、载波跟踪环、伪码跟踪环和解扩共7个模块.详细讨 论了各模块的设计方案,并对扩频伪码的捕获进行了仿真,仿真结果证明了设计方案是正确的. 8.学位论文 汤峰 MC-CDMA在电力线扩频通信中的应用及FPGA设计 2005 电力线载波通信是以电力网作为信道,实现数据传递和信息交换。电力线连通家家户户,甚至每一个房间、每一个用电设备。若能在电力线上实现 可靠、安全的通信,对于实现对用电设备的监测和控制,在经济性、便利性等方面都具有其他通信方式无可比拟的优势,进而若能以电力网为信道,进 入公用电话网和因特网等通信领域,则其应用前景将更加广阔。然而380V/220V的低压配电网上实现可靠的载波通信,要比在高压输电线上进行载波通信 难得多。   本文首先讨论低压配电网通信信道的一般特性:时变特性、衰减特性、噪声和干扰特性,在此基础上构建了低压电力线信道的数学模型。仙农 (Shannon)和柯捷尔尼可夫(Котельников)都指出了一个客观规律:用增加带宽的方法可以换取信噪比上的好处。这是扩展频谱通信的基本思 想和理论依据。通过扩频通信的系统模型进一步阐述了工作原理,归纳了扩频通信的主要特点,然后分别对扩频通信常用的几种方式的工作原理及特点 、应用作了介绍。最后指出电力线载波通信常用的几种技术及扩频技术的具体应用,并分析比较了几种电力线扩频方案的利弊,最终选定MC-CDMA为本设 计的扩频方案。最后系统阐述了电力线载波应用电路的组成,该系统主要由带通滤波、前置放大、输出功率放大、电力三通、FPGA及微处理器 (AT89C51)五部分组成。说明了整个电路的工作原理。现已有不同的公司生产专门的集成芯片来实现电力线通信中的扩频调制/解调等功能,但这些芯片 大多是基于直接序列扩频基础上的。如美国Intellon公司的PL系列产品和国内的北京智源利和微电子技术有限公司设计生产的SC1128芯片。本文用 FPGA设计了一个MC-CDMA扩频芯片。以MC-CDMA扩频技术为基础,在此基础上构造了MC-CDMA发射机的电路模型,它包括并串转换,差分编码,PN码发生器 模块,数据处理模块,OFDM调制模块及QPSK模块。本文采用Xilinx公司的集成开发工具ISE6.2对并串转换模块,PN码发生器模块及OFDM调制模块进行了 设计仿真。 9.期刊论文 黄文海.陈哲.HUANG Wen-hai.CHEN Zhe 扩频通信芯片开发中基带成形滤波器的设计及FPGA实现 -商丘 职业技术学院学报2005,4(2) 根据实际的扩频通信设计的要求,选择基带成形滤波器的设计方法,给出FIR实现框图及FPGA实现的注意问题. 10.期刊论文 王伟.焦健.蔡鹤皋 基于FPGA的扩频信号快速捕获电路设计与实现 -弹箭与制导学报2009,29(5) 针对扩频通信中长伪码序列的快速捕获问题,文中提出了一种基于FPGA的扩频信号快速捕获方法,来解决低信噪比条件下长伪码序列的捕获问题.该方 法采用伪码100支路并行捕获的方案,从而大大减少的捕获所需的时间,有效地改善了系统的性能.同时,在Altera公司的Quartus II软件中,使用硬件描述 语言VHDL和原理图相结合的方法进行了电路的设计实现.最后,把电路下载到Altera公司的StratixEPlSSOB956C6芯片中完成调试,测试结果表明该方法具 有较快的捕获速度和较好的捕获性能. 本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_nmgnydxxb200804053.aspx 授权使用:郭永健(wfxbgy),授权号:a4c71ce6-d654-4dbe-9dc8-9e2f00f8bc2c 下载时间:2010年11月15日

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