直序擴頻的研究與FPGA實(shí)現

摘要 直接序列擴頻通信系統以強抗噪聲、低截獲性和多址通信等特點(diǎn)，在軍事及民用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )中得到廣泛應用。文中對直序擴頻的FPGA實(shí)現技術(shù)進(jìn)行了研究。以QuartusII為開(kāi)發(fā)工具，建立了一個(gè)初步的直接序列擴頻通信系統。設計了發(fā)射模塊和接收模塊，發(fā)射模塊包括PN碼產(chǎn)生器、擴頻調制器、接收模塊包括匹配濾波器和解擴器；給出了上述模塊的實(shí)現電路及仿真結果。
關(guān)鍵詞 直序擴頻；FPGA；PN碼；匹配濾波器

擴頻通信是現代通信系統中的一種獨特的通信方式，其擁有較強的抗干擾、抗多徑性能以及頻譜利用率高、多址通信等諸多優(yōu)點(diǎn)。直接序列擴頻被許多現存的和未來(lái)的蜂窩通信系統采用，并廣泛應用在軍事通信網(wǎng)絡(luò )與系統中。
隨著(zhù)微電子制造工藝的發(fā)展，可編程邏輯器件取得了長(cháng)足的進(jìn)步?？梢酝瓿沙笠幠５膹碗s組合邏輯與時(shí)序邏輯的現場(chǎng)可編程邏輯器件(FPGA)，在電子系統的設計中得到越來(lái)越廣泛的應用。
以Quartus II軟件為開(kāi)發(fā)工具，利用FPGA實(shí)現了一個(gè)基帶直接序列擴頻通信系統，其包括發(fā)送模塊和接收模塊兩部分。

1 直序擴頻通信系統的基本原理
直接序列擴展頻譜系統(Direct Sequece Spread Spectrum Communication Systems，DS-SS)，簡(jiǎn)稱(chēng)直擴系統，是用待傳輸的信息信號與高速率的偽隨機碼波形相乘，去調制射頻信號的某個(gè)參量，來(lái)擴展傳輸信號的帶寬。原理如圖1所示。

在發(fā)信機端，待傳輸的數據信號與偽隨機碼波形相乘形成的復合碼對載波進(jìn)行調制，然后由天線(xiàn)發(fā)射。在收信機端，要產(chǎn)生一個(gè)和發(fā)信機中的偽隨機碼同步的本地參考偽隨機碼，對接收信號進(jìn)行解擴。解擴后的信號送到解調器解調，恢復出傳送的信息。

2 直序擴頻通信系統發(fā)送模塊的設計與實(shí)現
發(fā)射子系統主要包括信息碼的輸入模塊、擴頻偽隨機碼的產(chǎn)生模塊及擴頻模塊。
2．1 信息碼輸入模塊
該模塊提供系統仿真及調試用的輸入數據源，數據固化在ROM中。設置為200字長(cháng)、1位寬。設計ROM的地址控制模塊，以給定的時(shí)鐘驅動(dòng)一個(gè)計數器來(lái)循環(huán)產(chǎn)生地址信息，使得ROM中存儲的待發(fā)射信息循環(huán)不斷的輸出。
利用Verilog語(yǔ)言設計地址控制模塊，利用QuartusⅡ提供的LPM定制ROM模塊，用原理圖設計生成頂層實(shí)體，可得如圖2所示的電路及圖3所示仿真結果。

從結果可以看出，在時(shí)鐘控制下，地址輸入端循環(huán)產(chǎn)生地址信息使ROM中的數據循環(huán)輸出。