滑動(dòng)相關(guān)法偽碼捕獲的FPGA實(shí)現

  　　捕獲方法3 （滑動(dòng)步進(jìn)為T(mén)C/2）

　　加脈沖移位法：
　　此方法是采用一個(gè)異或門(mén)，如圖5所示，使碼NCO的輸出CLK與一個(gè)信號異或輸出，此信號平時(shí)一直為高（或低）電平，一旦收到低于門(mén)限值時(shí)，輸出一個(gè)低（或高）脈沖，與CLK異或后，相當于在原CLK時(shí)鐘上加了一個(gè)脈沖，通過(guò)圖示的電路后，偽碼產(chǎn)生器前進(jìn)了半個(gè)相位，通過(guò)移位寄存器后，即可實(shí)現半個(gè)碼相位的移動(dòng)（超前半個(gè)碼片）。

　　FPGA仿真結果如圖6所示。圖中CLK1為碼NCO的輸出，CLK2為它的二分頻作為偽碼產(chǎn)生器的時(shí)鐘，pn1為偽碼產(chǎn)生器輸出，k1為信號，平常輸出高電平，當門(mén)限檢測結果為低時(shí)，輸出一個(gè)低脈沖與CLK1異或輸出，結果為CLK3。從仿真圖中可以看出CLK3相對于CLK2在k1為低脈沖時(shí)，增加了一個(gè)脈沖。

　　下載到FPGA中，利用SIGNALTAP，測試結果如圖7所示。圖中CLK1為碼NCO輸出時(shí)鐘，CLK2為異或門(mén)的輸出，從圖中可以看出，在門(mén)限檢測為低時(shí)，CLK2比CLK1多增加了一個(gè)脈沖，測試結果與仿真結果一致。

實(shí)現結果

　　通過(guò)以上的分析，再結合擴頻通信的有關(guān)理論，可以知道要實(shí)現信號的捕獲，必須通過(guò)載波和偽碼相位的二維搜索。首先，對接收的信號進(jìn)行數字下變頻，變?yōu)榱阒蓄lI、Q兩路信號，再與本地PN碼進(jìn)行解擴運算。結果與門(mén)限值比較，如果小于門(mén)限則按照前面分析的方法順序移動(dòng)半個(gè)碼片，直到包絡(luò )的平方大于門(mén)限轉入跟蹤狀態(tài)。捕獲電路如圖1所示。

　　采用上述方法，在實(shí)際中對某一擴頻信號進(jìn)行捕獲

信號參數
中頻40MHz ；
調制樣式為DS-BPSK；
偽碼長(cháng)度為1024；
數據率5Kb/s;
采樣時(shí)鐘60MHz；

　　各個(gè)模塊功能描述

　　數字下變頻：
　　載波NCO的輸出與輸入信號在乘法器中進(jìn)行數字下變頻，功能是去除輸入信號載頻而保留了用于基帶相關(guān)的碼。

　　數字相關(guān)器：
　　累加清除器的作用是對經(jīng)過(guò)數字正交下變頻后的I、Q兩路信號與本地再生偽碼相乘的結果進(jìn)行積分累加。采用的是一個(gè)累加器對數字混頻后輸入信號與本地碼相乘的每一位結果進(jìn)行累加。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間（本方案為12000次）的積分累積后，得到一個(gè)數據位的相關(guān)值。此相關(guān)值與預設門(mén)限比較，進(jìn)行捕獲判決。如果小于門(mén)限，則認為捕獲失敗，清除累加結，滑動(dòng)半個(gè)碼片后，重新進(jìn)行累加積分。累加清洗器進(jìn)行一個(gè)碼周期的數據累加，輸出一次相關(guān)累加值。最大的捕獲時(shí)間為0.4094秒(0.2mS*2047)。

　　載波NCO：
　　載波NCO是載波跟蹤環(huán)的重要組成部分，它的主要功能是產(chǎn)生本地復制載波信號。載波NCO模塊設置有頻率控制字輸入接口，模塊內部通過(guò)32位相位累加其對輸入控制字進(jìn)行累加，獲得相位值的映射地址，通過(guò)查表獲得正余弦兩路信號。載波環(huán)路通過(guò)不斷調整載波NCO的頻率字來(lái)保持對接收信號載波頻率和相位的跟蹤。

　　碼NCO：
　　碼NCO是碼跟蹤環(huán)的核心。它的主要功能是為再生偽碼發(fā)生器提供精確的時(shí)鐘信號，保證實(shí)現對接收信號的碼捕獲和跟蹤。碼NCO設置有頻率控制字，頻率控制字負責碼率的調整和碼相位延時(shí)。

實(shí)現結果

　　A/D采用AD9288-100，是8位的轉換結果，最高工作頻率可達到100M，數字下變頻和捕獲電路在EP1C12Q240C8（Cyclong）中實(shí)現，運算的中間測試結果如圖8所示，圖中pn2_clk為NCO輸出時(shí)鐘，x_pn為偽碼，c1_data和s1_data為載波NCO產(chǎn)生的用于下變頻的I、Q路載波信號。pn_e、pn_p、pn_l分別為移位寄存器輸出的超前、即時(shí)和滯后碼，它們相差半個(gè)碼片。

　　最后的捕獲結果如圖9所示。圖中ad_data為接收的數字中頻信號，last_data為最后捕獲的結果。

　　保存數據，在Matlab中的相關(guān)結果如圖10所示。

結束語(yǔ)

　　加脈沖法可以使本地碼相位超前半個(gè)碼片相位，實(shí)現非連續相位滑動(dòng)相關(guān)，電路結構簡(jiǎn)單，在FPGA中容易實(shí)現，是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法，在實(shí)際系統設計中已被采用并獲得了理想的結果。