论文开题报告：基于FPGA的DS扩频捕获技术的研究

大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院：　信息科学与工程学院　　　　　　　　　　　　专业班级：08通信B　
课题名称 基于FPGA的DS扩频捕获技术的研究

1、本课题的的研究目的和意义

伴随着软件无线电技术的发展，现场可编程门阵列器件(FieldProgrammable Gate Array,FPGA)近年发展应用十分迅猛。FPGA是一种半定制ASIC(专用集成电路)，它既继承了ASIC的大规模、高集成度、高可靠性的优点，又克服了普通ASIC设计周期长、投资大、灵活性差的缺点，逐渐成为复杂数字硬件电路设计的理想首选。FPGA是基于SRAM工艺的可编程逻辑器件，对芯片内部硬件连接关系的描述存放在下载芯片中，因此系统在FPGA芯片及外围电路保持不变的情况下，只需更换下载芯片就能实现新的功能。随着近几年FPGA器件技术的不断进步，集成度不断提高，成本不断降低，FPGA在图像处理、数字通信、导航定位等领域的应用不断增加。
正因为有了这些特性，因此在北斗一代项目的终端接收机中采用了FPGA加DSP的软件无线电的硬件平台。在FPGA中主要完成扩频码的快速捕获和跟踪、解扩、解调、积分
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为这些对扩频码的快速捕获的深入研究和解决具有现实意义和长远意义。

2、 文献综述（国内外研究情况及其发展）：
国内外对于实现扩频码的同步包含两个步骤，首先是捕获，使本地参考码和接收码的相位小于一个码元宽度，要求本地振荡的中心频率精确到使解扩后的信号落在相关运算后面的滤波器通带内，保证解调器能很好地工作，通常管这一步叫同步捕获或粗同步。第二步是跟踪，一旦扩频接收机实现同步捕获后，本地参考信号(包括扩频码相位和载波频率)必须尽可能精确地跟踪接收信号的变化。对于DSSS(直接扩频系统)中的扩频码的快速捕获问题，国内外已经提出了许多的捕获算法，其中较为成熟和实用主要有以下几种：顺序估计快速捕获(RASE)方法，匹配滤波捕获法和滑动相关捕获法和现在研究较为广泛的数字差动捕获法和频域的基于FFT的快速捕获等。
究较为广泛的数字差动捕获法和频域的基于FFT的快速捕获等。
(1)J顺序估计快速捕获(RASE)方法。对于由线性反馈移位寄存器产生的伪随机序列，在每一个时刻移位寄存器所处的状态都可以在它所产生的伪随机序列中找到。如果能由接收信号准确估计出接收信号时刻移位寄存器应有的状态，并从这一状态开始产生伪随机序列，那么这一伪随机序列将和接收序列匹配。估计的是否准确由入锁抉择电路决定。当参考信号已准确跟踪输入序列后，这两个序列在抉择电路相关器上将产生符号一致的输出，经低通滤波器(RC滤波器)后，当滤波器的输出电压高于门限值时，送出禁止加载信号，使观察区间脉冲产生电路停止工作，比特计数器使加载开关停留在移位寄存器的第二级和第一级相接状态，移位寄存器正常工作。若本地参考信号没
有准确跟踪输入序列，低通滤波器r(RC滤波器)输出积累不到超出门限的值，观察区间脉冲产生电路产生的重新加载脉冲使加载开关回到移位寄存器的第二级和输入信号相接的状态，对移位寄存器重新加载。以上过程重复进行直到进入准确跟踪状态，该算法一般仅在RASE系统中被应用，其他系统较少使用。
(2)频域基于FFT的捕获算法。查询国外资料后了解到，为了进一步减少捕获时间，引入FFT谱分析捕获。当本地伪码与输入信号伪码相位一致本地伪码与输入信号相乘后结果只剩下残留的载波，对其做FFT谱分析就能得到多普勒频移值。采用这种方法在搜索到伪码相位的同时得到多普勒频移值从而将原来的频率、相位的二维搜索过程变为一个一维搜索过程。
基于FFT的并行捕获算法，将传统的码相位和多普勒频移的二维搜索转变为多普勒频移的一维搜索，大幅度缩短了同步时间嗍。对多普勒频移步进单元的选取需要综合考虑捕获时间和弱信号的捕获能力，该算法能够满足系统实时性和高精度性要求，体现了软件用户接收机的思想又具有很高的灵活性。相对传统匹配滤波器捕获算法，基于FFT的捕获算法主要用于高动态高精度的情况之下，两者在适用条件上有着一定的区别。
(3)匹配滤波捕获法(CDMF)。用匹配滤波器实现同步的最大优点是速度快。除了噪声和干扰极强的情况外，用匹配滤波器输出只需经过一个或几个扩频码周期即可实现捕获。匹配滤波器可以用声表面波滤波器(SAW)和电荷耦合(CAD)器件构成。目前限制SAW匹配滤波器在扩频系统中应用的主要因
素是制造时间．带宽积较大的SAW滤波器有困难，因而可实现的匹配码长不能太长，目前国外可达上千位。在FPGA平台中匹配滤波器也有实现和应用，但仅限于要求快速捕获条件很高时，但匹配滤波器在FPGA平台中应用最大的困难就是占用FPGA的资源太多，有时甚至可占用整个芯片资源超过四成的LE(逻辑单元)，因而使整个系统的成本升高，甚至有的FPGA的门数不能满足要求，尤其在大规模匹配滤波的难度更大。
(4)滑动相关捕获法。所谓滑动相关法就是使本地码的产生器同发送码的产生器的时钟速率有一定的差率，这样，两个码序列从相位上看起来就如同在相对滑动。滑动到两个码序列相符时滑动停止。滑动相关法的优点是十分简单。但是当接收码同本地码之间失配量很大时，搜索过程可能很长，因为要识别捕获总要一定的时间，因此搜索速度不能过快。搜索速率受限于解扩后系统的带宽。解扩后系统的带宽越窄，识别捕获所需的时间就越长。在某些场合，接收码和本地码之间 ……（未完，全文共4450字，当前仅显示2248字，请阅读下面提示信息。收藏《论文开题报告：基于FPGA的DS扩频捕获技术的研究》）