扩频通信系统的FPGA实现.

短波扩频通信系统中数字相关器的FPGA设计与实现摘要基于设计的数字相关器，对前端模数／转换器在384采样率下采得的数据进行希尔波特变换，再与本地序列做相关运算，最后将相关结果送给，供做进一步的处理。

介绍了所选用的芯片，阐述了内部子模块的功能和设计实现方法，对所设计的数字相关器进行了仿真和校验，结果达到了设计要求。

关键词数字相关器希尔波特变换采用ＦＰＧＡ器件可以将原来的电路板级产品集成为芯片级产品，从而降低了功耗、提高了可靠性，同时还可以很方便地对设计进行在线修改。

电路设计者可以通过软件编程，经过设计输入、仿真、测试和校验，用硬件实现特定的数字信号处理算法。

这种方法由于具有通用性强的特点并可以实现算法的并行运算，因此无论是作为独立的数字信号处理器，还是作为ＤＳＰ芯片的协处理器，目前都是比较活跃的研究领域。

短波通信具有设备简单、通信距离远、机动灵活、价格低廉和抗毁性强的特点，有着重要的应用价值。

在短波通信系统中，接收方在信号检测、同步的过程中，要进行大量的乘加操作来做相关运算。

在传输速率较高、样点间隔较小的情况下，完全由系统中央ＤＳＰ处理器进行运算，很难实现实时处理。

利用ＦＰＧＡ的特点，把信号同步数字相关部分分离出来，设计一个专用的数字相关器，作为中央ＤＳＰ处理器的协处理器，来分担这部分工作，是一个很好的解决方案。

本文阐述的就是这样一个应用在短波扩频通信系统的接收方中，完成数字相关功能的基于ＦＰＧＡ设计的相关器。

１Ｓｔｒａｔｉｘ系列芯片简介本文采用Ｓｔｒａｔｉｘ系列芯片实现数字相关器。

Ｓｔｒａｔｉｘ系列是著名的可编程逻辑器件供应商Ａｌｔｅｒａ公司于２００２年新推出的ＦＰＧＡ产品。

其主要特点是采用１．５Ｖ内核，０．１３μｍ全铜工艺，容量为１０５７０～１１４１４０个逻辑单元，内嵌多达１０Ｍｂｉｔ的三种ＲＡＭ块，即５１２ｂｉｔ容量的小型ＲＡＭ，４ＫＢ容量的标准ＲＡＭ，５１２ＫＢ的大容量ＲＡＭ；具有Ｔｒｕｅ－ＬＶＤＳｔｍ电路，支持ＬＶＤＳ、ＬＶＰＥＣＬ、ＰＣＭＬ和ＨｙｐｅｒＴｒａｎｐｏｒｔｔｍ差分Ｉ／Ｏ电气标准，且有高速通信接口；增加了片内终端匹配电阻，提高了信号完整性，简化了ＰＣＢ布线；提供了完整的时钟管理方案，具有层次化的结构和多达１２个锁相环ＰＬＬ。

扩频通信FPGA设计概述：扩频通信技术是指通过将信号的带宽扩展到原信号的数十倍甚至数百倍，然后传输到接收端，在接收端通过相关的算法恢复出原信号。

FPGA （Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，适用于高速、大规模数字逻辑设计，广泛应用于通信、图像处理等领域。

本文将介绍扩频通信系统中FPGA的设计。

扩频通信的原理：扩频通信的核心技术是采用扩频序列进行信号调制和解调。

在传输端，原始信号经过扩频序列调制后变为扩频信号，在接收端通过相关的扩频序列解调，恢复出原始信号。

扩频序列的选择和设计是关键，常用的扩频序列有PN序列、Gold序列等。

FPGA在扩频通信中的作用：FPGA在扩频通信系统中扮演着非常重要的角色。

FPGA可以实现扩频信号的调制和解调，同时也可以实现其他相关功能，如同步检测、误码率测量、通道编码解码等。

通过使用FPGA，可以提高系统的灵活性和可扩展性，同时也可以实现高性能的处理和运算。

FPGA的设计要点：1.系统架构设计：在进行FPGA设计时，需要首先确定系统的整体架构。

包括选择合适的FPGA器件、确定FPGA与其他硬件模块的接口和数据传输方式等。

2.扩频调制与解调：扩频调制和解调是扩频通信系统中最关键的部分。

在FPGA中，可以使用特定的模块进行扩频序列的生成和调制，同时也可以使用相关的模块进行扩频信号的解调和原信号的恢复。

3.时钟和同步控制：扩频通信系统中的时钟和同步控制非常重要。

FPGA可以通过内部时钟管理模块实现对时钟的生成和管理，同时也可以使用同步控制模块确保系统各部分之间的同步和通信。

4.误码率测量与纠错编码解码：在扩频通信系统中，误码率的测量和纠错编码解码是保证系统可靠性的重要环节。

FPGA可以实现对误码率的测量和纠错编码解码的功能，提高系统的抗干扰和容错性能。

5.数据接口和处理：扩频通信系统中需要进行数据的收发和处理。

FPGA可以通过外部接口模块实现与其他设备的数据交换，同时通过内部数据处理模块实现对数据的加工和处理。

FPGA芯片在扩频通信系统中的优势及应用介绍
引言
对于码分多址的扩频通信方式而言，只有当接收端本地伪码与发端伪码处于相同相位状态时，有用的信息才能被解出。

因此，扩频序列相位的捕获与跟踪是扩频通信系统的关键，而伪码序列相位的捕获尤为重要。

滑动相关法是常用的方法之一。

扩频通信系统要求实时性，以及较高的数据处理速度，这正是FPGA的优势。

所以在扩频通信系统中，大量应用FPGA芯片作为前级处理芯片。

实现原理
原理分析
接收机端接收到的扩频信号可以表示为：
其中，P_{r}为接收信号功率，τ_{d}为传输时延，D（t）为信息码，PN（t）为伪码，n （t）为传输过程的加性噪声。

扩频接收机要完成的任务就是去掉PN（T-τ_{d}）伪码项和cos（ω_{0}t+φ）载波项，从而得到信息数据DZ（t）。

VCO输出I、Q两路信号：
通过同相正交相乘器得到：
利用PN码的相关特性，即相位对齐时，相关结果最大。

当载波和码相位都对准时，经过累加清洗（低通滤波）输出为：
经过平方相加可去掉载波对相关结果的影响，得到相关峰。

实现框图
在直接序列扩频系统中，伪码的捕获是构成码同步系统的重要结构，也是直扩系统中必不可少的部分。

接收机若要把伪码扩展的信号解出，接收方就必须能产生一个与发方一样的伪码序列（保证最大相关值），而且，该本地伪码速率、相位要与接收到的伪码保持一致。

基于FPGA的直接扩频系统技术的研究与实现摘 要随着现代通信技术的高速发展，通信系统对于保密性和抗干扰性的要求越来越高，而扩频通信可以提高通信系统保密性和抗干扰性，在这其中直接序列扩频系统因结构简单、易于实现因此得到了广泛的应用。

传统的基于FPGA直接序列扩频系统的建模、仿真和实现是以硬件描述语言Verilog HDL和VHDL开发的，这样的开发效率低下，不能完全利用MATLAB的强大仿真功能进行交互式设计。

本文在基于FPGA直接序列扩频系统的建模、仿真和实现上采用了Xilinx推出的数字信号算法专用建模工具System Generator结合MATLAB强大的仿真功能进行交互式设计，比传统以硬件描述语言建模的效率有着非常显著的提高，这是传统基于硬件描述语言所不能比拟的。

本文主要研究的是基于FPGA直接序列扩频系统，从直接序列扩频系统的优点和基本原理入手，重点研究了基于噪声环境下直接扩频序列的抗噪声性，详细的介绍了直接序列扩频系统中各部分的基本原理，包括伪随机码原理、差分编码原理、基带传输信号双极性不归零码原理、成型滤波器原理、信号的内插和抽取原理、载波调制原理、扩原理、锁相环解调原理、差分解调原理、判决抽样、帧头捕获匹配滤波器原理，尤其介绍了基于锁相环解调和基于差分解调的原理和易实现性，最后将根据易实现程度和可接受的性能损失选择差分解调作为本文解调的方法。

本文在直接序列扩频的各部分进行了理论推导，利用各部分的原理和理论推导在System Generator和MATLAB中对各部分进行建模和仿真，并且分析仿真结果。

系统的建模、仿真、实现工作是在MATLAB2016B、ZYNQ7020、VIV ADO2017.4以及System Generator平台上完成的。

模型建立和仿真包括差分编码、编码后的扩频、扩频后的双极性不归零码、成型滤波器、数字上变频、解扩、差分解调、最佳抽样判决点、数据帧头的捕获、帧数据的输出。

一种基于 FPGA 的直接序列扩频通信系统接收端的设计随着科技的不断发展，人们对通信技术的要求也越来越高。

在当今的信息时代中，通信技术已经成为人们生活的必不可少的一部分。

而直接序列扩频通信技术作为一种新兴的通信技术，其传输效率和数据安全性都非常突出，具有广阔的应用前景。

在直接序列扩频通信系统中，接收端的设计对整个通信系统的性能影响非常大。

本文将介绍一种基于 FPGA 的直接序列扩频通信系统接收端的设计。

一、直接序列扩频通信系统的工作原理直接序列扩频通信系统是一种采用序列扩频技术进行信息传输的通信系统。

其工作原理是：将原始信号通过一个固定的伪随机码序列进行扩频处理，以使其带宽变得非常宽，然后将扩展后的信号发送到接收端。

接收端在接收到扩展后的信号后，再通过与发送端相同的伪随机码序列进行相乘，然后再进行积分处理，即可恢复出原始信号。

由于采用了该方法，可以提高信号的抗干扰能力和隐蔽性，所以可以被广泛地应用于无线通信、卫星通信等领域。

二、基于 FPGA 的直接序列扩频通信系统接收端的设计1. 系统框架基于 FPGA 的直接序列扩频通信系统接收端的设计，主要由三部分组成：前端变频器、基带处理器、FPGA芯片。

其中，前端变频器主要是对接收来的信号进行通道选择、选择中心频率以及放大信号，基带处理器主要是对信号进行IQ解调、卷积码解码等处理，FPGA芯片主要是进行信号解码、信号处理、权值积累等操作。

2. 解调方式使用IQ解调的方式可以把信号有效地解调为基带信号。

在该方式下，接收端的信号通过一个低通滤波器（LPF）进行去除噪声和剩余高频的处理后，抽取到本地振荡信号（LO）的频率，在与本地振荡信号的乘积处理下得到I(t)和Q(t)两路基带信号，从而基本实现对信号波形的解调。

3. 解码方式采用卷积码解码的方式，对信号进行卷积码译码。

接收端的解码器可以利用FPGA芯片进行大规模卷积码计算，将扩展后的信号进行解码，最终实现对信号的解密。

用FPGA实现直接序列扩频通信的开题报告1. 研究背景及意义直接序列扩频（DSSS）通信指的是通过在发射端对原始信号进行扩频处理，使其占用带宽增加，通过信道传输后，在接收端再通过解扩频实现恢复原始信号，以达到抵抗干扰、提高抗遮挡性能的目的。

DSSS通信在许多领域都有广泛的应用，例如军事通信、无线电、自动遥控等。

现有的DSSS通信系统多采用数字信号处理器（DSP）或嵌入式处理器实现，但这些处理器的性能受限于其内部硬件结构和软件算法，难以满足高速、高效的通信需求。

相比之下，现场可编程门阵列（FPGA）由于其并行性能和灵活性，成为了实现DSSS通信的理想平台。

为此，本课题将研究如何使用FPGA实现直接序列扩频通信系统，并优化其性能，提高其抗干扰性能和误码率。

2. 研究内容2.1 DSSS通信系统原理及实现首先，需要深入研究DSSS通信系统的工作原理，并确定所需的硬件资源、数据处理流程和算法。

2.2 FPGA硬件设计基于设计需求和原理，进行FPGA硬件设计，包括模块设计、电路实现和时序分析等。

2.3 系统测试和性能优化采用现有测试平台对系统进行测试和调优，分析所得数据并针对性地优化系统性能，如增强冗余编码、改善信道估计等。

3. 研究方法3.1 理论研究首先进行DSSS通信系统的原理研究，包括直接序列扩频方法、信道编码、调制解调等方面的理论研究，为后续硬件设计提供依据。

3.2 FPGA硬件设计设计完成原理图和电路图，选择FPGA器件进行电路实现，构建DSSS通信系统，包括传输信号的生成、扩频解扩频、信道编码解码等关键功能模块的设计与实现。

3.3 测试和性能优化根据实验设计要求和函数需求，对系统进行测试和优化，包括测试平台编写，信号发生器、示波器等外围设备的连接和参数配置，测试结果的数据分析等。

4. 预期成果在本课题的研究中，预期能够实现DSSS通信系统的硬件设计和实现，包括信号扩频、信道编解码、解扩频及载波同步等功能。