直接擴頻通信同步系統的FPGA設計與實現

摘要：對直接擴頻通信同步系統進行了研究，使用PN碼作為擴頻序列，利用其良好的自相關性，提出一種新式的滑動相關法使收發端同步，并給出該系統的FPGA實現方法。利用ISE 10．1開發軟件仿真驗證，證明此方法可以提高運算速度，減少捕獲時間。
關鍵詞：擴頻通信；滑動相關；FPGA

0 引言
擴頻通信系統具有容量大、抗干擾能力強、保密性好等優點。但是如果收發兩端PN碼的頻率和相位不同步，解擴后的數據只是一片噪聲。擴頻通信系統的關鍵技術之一PN碼同步包含捕獲和跟蹤兩個過程，本文只對捕獲過程做重點研究。
最簡單的串行捕獲方法是滑動相關法，本文在原有方法上加以改進，使得捕獲的速度更快，實時性更強。

1 滑動相關的基本原理
滑動相關法是利用PN碼良好的相關特性，在接收端與發送端相位不對齊時相關值很小，而當它們相位對齊時做相關運算會輸出一個很大的峰值。
如圖1所示，接收信號與本地產生的PN碼做相關運算，如果計算結果小于預設門限值，則門限鑒別器會控制PN碼移位控制時鐘，在此時鐘驅動下，碼產生器產生的偽隨機序列移動一個相位繼續和接收信號做相關運算。直到計算結果大于某一門限值時，表示完成對接收信號的捕獲，門限鑒別器就不再控制PN碼移位，而給跟蹤單元使能信號，讓跟蹤單元開始工作。

這種方法最大的優點是實現簡單，但是如果接收信號和本地PN碼不對齊，需要不斷對本地碼移位并重新計算判決，速度慢，實時性不好，本文對滑動相關法進行改進，系統性能提高明顯。

2 改進滑動相關法的FPGA實現
改進滑動相關捕獲法的FPGA實現包括以下模塊：信號存儲模塊、PN碼存儲模塊、乘法器模塊、積分器模塊和門限鑒別模塊。原理框圖如圖2所示。

采樣得到的接收信號存于信號存儲器中，本地PN碼不再由PN碼產生器生成，而是事先存于FPGA內部的存儲器中。相關運算時不滑動本地PN碼，直接由存儲器中讀取，每采樣一次滑動一次接收端存儲單元數據，通過后續單元并行計算并完成一次相關判決，這樣可以提高運算速度，發端發完一組完整PN碼就可以完成信號的捕獲。算法每個單元具體實現過程將在下文具體闡述。