DS/FH混合擴頻接收機解擴及同步技術(shù)的FPGA實(shí)現

　　相關(guān)累加器完成本地偽碼與接收信號的相關(guān)累加運算，運算得到的結果送入DSP完成偽碼的捕獲和跟蹤。取偽碼長(cháng)度為256位，采用半碼片滑動(dòng)，則一個(gè)碼周期完成512次累加運算。如采用串行滑動(dòng)相關(guān)捕獲方式，則遍歷所有的碼相位所需要的時(shí)間為512個(gè)碼周期，即捕獲所需要的最長(cháng)時(shí)間為512個(gè)PN碼周期。由于可編程邏輯器件的發(fā)展，使得有足夠的硬件資源來(lái)完成并行運算。此處采用串/并混合的捕獲方式^[6][7]，采用8路相關(guān)累加器，每一路分為超前、當前、滯后3組，每組相差半個(gè)碼片的相位，每一路相差64個(gè)半碼片的相位。這樣，只需滑動(dòng)64個(gè)半碼片相位就可以遍歷所有的偽碼相位，完成捕獲所需時(shí)間縮短為原來(lái)的八分之一。數據解調由另外4組相關(guān)累加器完成。由于發(fā)射端同步偽碼與數據偽碼相位嚴格對齊，所以在接收模塊中，完成同步偽碼捕獲跟蹤后，直接將所獲得的相位信息用于數據解調相關(guān)器，即可正確解調數據。

　　同步偽碼的跟蹤采用超前―滯后延遲鎖相環(huán)路(DPLL)，每一路相關(guān)器包括3組累加器。捕獲跟蹤及數據解調共使用28組相關(guān)累加器，每一組相關(guān)累加器結構都是完全一樣的，均分為I、Q兩路，分別進(jìn)行累加運算，完成512次累加運算后由DSP讀取數據。I、Q兩路結構完全相同，其中一路的原理圖如圖4所示。

　　相關(guān)累加器由18位加減法器、鎖存器1和鎖存器2組成，data[7..0]為下變頻后的輸入數據，PN CODE來(lái)自碼發(fā)生器。作為控制端，低電平完成加運算，高電平完成減運算，DP上升沿進(jìn)行數據鎖存，下降沿完成一次累加運算。當累加運算完成后，由CLR信號清零并將結果存入鎖存器2，CLR下降沿有效。鎖存器1輸出OV信號作為溢出標志位，鎖存器2輸出累加結果out[16..0]。輸入與輸出端的最高位為符號位。

1.4 本地碼發(fā)生器及碼移相電路

　　本地碼發(fā)生器用于產(chǎn)生本地PN碼，從而與接收信號進(jìn)行相關(guān)運算。由于發(fā)送端采用編碼擴頻調制方式，接收信號中既有同步PN碼，還有數據PN碼，與接收信號相對應，本地也應該產(chǎn)生相應的PN碼，用于同步及解調數據。

　　本地PN碼發(fā)生器全部采用FPGA實(shí)現，并且設置了可編程寄存器和外部接口，DSP通過(guò)接口可預置PN碼長(cháng)度。1024進(jìn)制計數器電路用于產(chǎn)生ROM的輸入地址，ROM由FPGA內部RAM資源來(lái)實(shí)現，采用ALTERA公司APEX20K200器件。該器件內部可編程RAM容量為106496位，完全可以滿(mǎn)足設計需求。本地PN碼采用半碼片滑動(dòng)方式，ROM內部PN碼也以半碼片方式存儲。如碼長(cháng)為256，采用半碼片存儲方式后，每一組PN碼需存儲512位數據，相應的ROM有9位地址線(xiàn)驅動(dòng)輸出。驅動(dòng)時(shí)鐘為PN碼時(shí)鐘的2倍。在實(shí)際設計時(shí)，PN碼發(fā)生器內存放了8組PN碼，但只用了五組，一組用于同步，另外四組用于解調數據。ROM輸入地址由1024進(jìn)制計數器產(chǎn)生，實(shí)際上只需用512進(jìn)制計數器即可得到ROM輸入地址?？紤]到可擴展性，這里采用了計數容量最大為1024的可變計數器。由DSP通過(guò)DSP-FPGA接口改寫(xiě)寄存器值，可以很方便地調整PN碼的輸出相位。

　　偽碼移位電路的主要作用是將碼發(fā)生器產(chǎn)生的PN碼進(jìn)行移位操作，從而得到偽碼的不同相位。捕獲和跟蹤過(guò)程共使用了8路24組相關(guān)累加器，每一路分為超前、當前、滯后3組，這3組累加器輸入端PN碼相差半個(gè)碼片的相位，8路相關(guān)累加器中每相鄰兩路相差64個(gè)半碼片。碼發(fā)生器輸出5組PN碼序列(第0組~第4組)，分別對應同步偽碼及4組數據偽碼。5組偽碼均經(jīng)過(guò)512級移位寄存器，第0組PN碼作為同步碼，取其0、1、2相位作為第一路的超前、當前、滯后3組相關(guān)累加器的輸入;64、65、66相位作為第二路的超前、當前、滯后3組相關(guān)累加器的輸入，其余各路依此類(lèi)推。當完成捕獲后，需要將捕獲所得的同步PN相位切換到數據解調相關(guān)累加器中。例如，假設在第二組相關(guān)累加器的當前通道捕獲，那么此時(shí)解調數據用的相關(guān)累加器的PN碼相位就應該與第二組相關(guān)累加器當前通道的PN碼相位保持一致。數據偽碼相位切換的實(shí)現是由DSP記憶捕獲通道的相位，然后控制多路選擇開(kāi)關(guān)選擇該相位。