一種基于二次擴頻的幀同步提取的FPGA實(shí)現

摘    要：本文介紹了一種利用擴頻技術(shù)實(shí)現幀同步的方案，重點(diǎn)介紹了用補碼配對相減匹配濾波法實(shí)現同步提取的原理及其FPGA設計實(shí)現，并在同步提取的基礎上簡(jiǎn)要敘述了幀同步信號的抵消。
關(guān)鍵詞：相關(guān)峰；幀同步；補碼配對相減匹配濾波法

引言
在時(shí)分復用通信系統中，實(shí)現幀同步的傳統方法是在復用幀中插入一個(gè)幀同步時(shí)隙，幀同步碼是一組特殊碼型的碼組，接收端利用幀同步碼的相關(guān)性實(shí)現幀同步。幀同步碼是具有良好自相關(guān)性和互相關(guān)性的獨特碼，當和本地碼完全同步時(shí)的相關(guān)峰最大，其他任何時(shí)候的相關(guān)峰很小。幀同步碼在復幀中占用時(shí)隙較短，幀效率較高，幀同步實(shí)現簡(jiǎn)單，適用于功率受限的系統，缺點(diǎn)是幀頭易被干擾。
在一些抗干擾通信系統中，要求幀頭具有較強的抗干擾性能。在一些文獻中，在復用幀中插入特定的一次擴頻碼作為幀同步時(shí)隙，一次擴頻碼的長(cháng)度不可能太長(cháng)，否則，不僅降低了幀效率，而且將給同步提取帶來(lái)很大的困難。鑒于一次擴頻碼的局限性，本文介紹一種基于二次擴頻技術(shù)的幀同步算法，并用FPGA實(shí)現了該算法。

基于二次擴頻的幀同步提取
基本原理
時(shí)分復用通信系統收發(fā)端復幀構成及同步提取如框圖1所示。所謂二次擴頻，就是在一次擴頻碼的基礎上，用另一個(gè)擴頻碼再擴頻一次。兩次擴頻的碼字在長(cháng)度上可以相同，也可以不同。本文介紹的基于二次擴頻的幀同步算法中幀頭并不占用復幀時(shí)隙，而是復接在一幀數據的前L段數據上，二次擴頻碼的長(cháng)度，即L要足夠長(cháng)，以便在用戶(hù)信息和噪聲比幀頭信息幅度高很多的情況下仍然可以實(shí)現同步。幀頭淹沒(méi)在其它信號里，這樣不僅抗干擾能力強，而且幀效率得到了很大的提高。
復接的同步信號先經(jīng)長(cháng)度為L(cháng)1的PN1擴頻，再經(jīng)長(cháng)度為L(cháng)2的PN2擴頻，因此二次擴頻碼的長(cháng)度為。假設二次擴頻碼表示為，噪聲為，經(jīng)A/D采樣后的數據為，復合數據，經(jīng)調 制后發(fā)射。接收時(shí)經(jīng)正交采樣、低通濾波后，即可進(jìn)行二級解擴，找出相關(guān)峰。直擴通信系統的擴頻碼同步一般都是通過(guò)求截取到的數據和本地擴頻碼的互相關(guān)性來(lái)進(jìn)行的，擴頻碼長(cháng)度為L(cháng)，那么接收數據和PN碼之間的循環(huán)互相關(guān)函數為：

＝
                       (1)
由于 和與PN是互不相關(guān)的，因此，(1)式的前半部分相關(guān)值很小。當后半部分與本地的PN碼完全對應，即時(shí)，將會(huì )有一個(gè)很高的相關(guān)峰，其大小取決于擴頻碼的長(cháng)度 。

幀同步Matlab仿真結果
假設每一幀有M路數據，每幀數據長(cháng)度為N。二級擴頻碼數據疊加在每一幀數據的前L個(gè)復接數據上，擴頻碼的幅度較弱，可小于用戶(hù)平均功率20dB。然后，存儲1~2幀數據后，解擴進(jìn)行相關(guān)運算，找出相關(guān)峰值作為同步頭，用于下一幀數據的分接。
幀同步方案的Matlab仿真結果如圖2所示。這里設用戶(hù)采樣數據為一些隨機數，幅度為1000。為敘述方便，假定N=16136，，，則二次擴頻數據為128