毕业论文：基于FPGA的DS扩频捕获技术的研究

基于FPGA的DS扩频捕获技术的研究
院 系：信息科学与工程学院
专 业：通信工程

摘 要

通信现代化是人类社会进入信息时代的重要标志。在现代通信中遇到的一个重要问题就是干扰问题，随着通信事业的发展，各类通信网的建立，使得有限的频率资源更加拥挤，相互之间的干扰更为严重。怎样在恶劣的环境条件下，保证通信有效、准确、迅速地进行是摆在当今通信科研人员面前的一个难题。
扩频通信技术与常规通信技术相比，具有低截获率，强抗噪声，抗干扰性，具有信息隐蔽和多址通信等特点。同步捕获是扩频通信系统中的重要技术之一，他是保证系统正确接收的前提。直接序列扩频系统的同步包括伪随机码同步和载波同步，在伪随机码同步过程中捕获是整个过程中最困难的。本论文主要研究了直接序列扩频捕获技术，并在EP2C5T144C8芯片上，应用ALTERA公司的FPGA开发工具QUARTUS9.1，用VHDL语言对此给予仿真。



关键词： 直接序列扩频，伪随机序列，同步，捕获，FPGA



ABSTRACT


Communications modernization is an important symbol of the human society into the information age. Interference problems encountered in modern communication, an important question is, with the development of communications, the establishment of various types of communication networks, the limited frequenc
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状况 2
1.2.2 FPGA用于开发扩频通信的发展状况 3
1.3 论文主要研究内容 4
2 直接序列扩频通信技术的原理 6
2.1 扩频技术的理论基础 6
2.1.1 香农公式 6
2.1.2 扩频通信系统的性能指标 6
2.2 直接序列扩频系统的组成 8
2.3 常用直扩调制解调技术 8
2.4 伪随机码序列 9
2.4.1 m序列的产生原理 10
2.4.2 m序列发生器 10
2.4.3 m序列的反馈系数 11
2.5 直扩系统的同步跟踪和同步捕获 12
3 直接扩频通信系统的设计与实现 12
3.1 直接扩频通信系统的发射模块的设计与实现 12
3.2 直接扩频通信系统的接收模块的设计与实现 14
4 结束语 17
4.1 论文总结 17
4.2 后续展望 17
参考文献 18
附录 19
致 谢 29

1 绪论
1.1 论文研究背景及意义
扩频通信，即扩展频谱通信，他与光纤通信、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。扩频通信是将传送的信息数据被伪随机编码调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行调制及相关处理，恢复原始信息数据。这种通信方式与常规的窄道通信方式是有区别的：一是信息的频谱扩展后形成宽带传输；二是相关处理后恢复成窄带信息数据。扩频通信技术是一种具有优异抗干扰性能的新技术，它的主要优点是【1】：
（1）抗干扰能力强
由于利用了扩展频谱技术，将信号扩展到很宽的频带上，在接收端多扩频信号进行相关处理即带宽压缩，恢复成窄带信号。对于干扰信号而言，由于与扩频信号不相关，则被扩展到一个很宽的频带上，使之进入信号通频带内的干扰功率大大降低，相应的增加了相关器输出端的信号/干扰比，因而具有较强的抗干扰能力。扩频系统的抗干扰能力主要取决于系统的扩频增益，或称之为处理增益。对大多数人为干扰而言，扩频系统都具有很强的对抗能力
可进行多址通信
扩频通信本身就是一种多址通信，即扩频多址，用不同的扩频码构成不同的网，类似于码分多址（CDMA）。CDMA是未来全球个人通信的首选多址方式 。虽然扩频系统占据了很宽的频带，完成信息的传输，但其很强的多址能力保证了他的高的频谱利用率，其频谱利用率比单路单载波系统还要高很多。这种多址方式组网灵活，入网迅速，适合于机动灵活的战术通信和移动通信。
安全b_m
扩频通信也是一种b_m通信。扩频系统发射的信号的谱密度低，近似于噪声，有的系统可在-20~-15dB信噪比条件下工作，对方很难测出信号的参数，从而达到安全b_m通信的目的。扩频信号还可以进行信息加密，如要截获和窃听扩频信号，则必须知道扩频系统用的伪随机码、密钥等参数，并与系统完全同步，这样就给对方设置了更多的障碍，从而起到了保护信息的作用。
数模兼容
扩频通信系统既可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。
抗衰弱
由于扩频信号的频带很宽，当遇到衰弱，如频率选择性衰弱，他只影响到扩频信号的一小部分，因而对整个信号的频谱影响不大。
抗多径
多径问题是通信中，特别是移动通信中必须面对，但又难以解决的问题，而扩频技术本身具有很强的抗多径能力，只要满足一定的条件，就可达到抗干扰甚至可以利用多径能量来提高系统性能的目的。而这个条件在一般的扩频中是很容易满足的。
由于扩频通信系统复杂，采用传统式的分立器件将存在体积大、功耗高的问题，同时模拟器件受环境影响的因素比较大，在实际设计中也难以实现。现有的专用集成电路，在扩频增益、数据传输率等方面难以达到要求，并且存在成本高、采购困难等弊端。随着微电子技术和电子设计自动化(EDA)技术的迅速发展，FPGA的容量、功能和可靠性都得到很大的发展，FPGA结构布局布线方便灵活，含有丰富的库资源，很容易实现各种电路设计和完成较复杂的运算，这非常有利于系统的全数字化实现。由于FPGA可软件升级，提高了设计效率，缩短了产品开发和市场之间的距离。因此，设计一个全部用FPGA技术实现的扩频通信系统也是非常具有研究意义的。而其中最重要的工作是用VHDL语言实现编程。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 扩频通信的发展状况
扩频通信技术诞生得较早，从20世纪40年代起，人们就开始了对扩频技术的研究，其抗干扰性、抗窃听、抗测向等方面的能力早己被人们熟知。但由于扩频系统的设备复杂等多方面的原因，致使扩频通信技术一直都发展得较为缓慢。自50年代中期美国军方开始研究，扩频通信技术一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。进入20世纪60年代后，随着科学技术的迅猛发展，许多新型器件的出现，特别是大规模、超大规模集成电路、微处理器、数字信号处理(DSP)器件、扩频专用集成电路(ASIC)以及FPGA等这样的新型器件的问世，使扩频通信技术有了重大的突破和发展。到本世纪80年代初扩频通信技术开始被应用于民用通信领域。为了满足目益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。
从国内来看，近十多年来，出于民用通信特别是陆地移动通信的迅速发展，扩频通信的研究也在不断深入。各大高校及一些科研机构都在进行这方面的工作，如清华大学、天津大学、北京邮电大学、西安电子科技大学、南京邮电大学等都在积极地开展扩频通信系统的研究。
从国外来看，军事通信技术的进步和发展，军工产品向民用产品的转化，直接推动了扩频通信理论、方法、技术等方面的研究发展和应用普及。


1.2.2 FPGA用于开发扩频通信的发展状况
随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC)芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，因而出现了现场可编程逻辑器件(FPLD)，其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。FPGA芯片与传统的ISLD芯片(Programmable Logic Device)、PAL及GAL ……（未完，全文共14579字，当前仅显示3468字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：基于FPGA的DS扩频捕获技术的研究》）