直接扩频通信同步系统的FPGA设计与实现

本文对直接扩频通信同步系统进行了研究，使用PN码作为扩频序列，利用其良好的自相关性，提出一种新式的滑动相关法使收发端同步，并给出该系统的FPGA实现方法。利用ISE 10．1开发软件仿真验证，证明此方法可以提高运算速度，减少捕获时间。 直接扩频通信同步系统是一种利用扩频序列进行通信的技术，其中PN码（伪随机码）因其良好的自相关性成为关键。这种通信方式由于其大容量、强抗干扰性和高保密性，广泛应用于无线通信领域。然而，如果收发两端的PN码在频率和相位上不同步，解扩后的信号将会变得模糊，甚至被噪声淹没。 本文针对扩频通信的PN码同步问题，特别是捕获过程进行了深入研究。滑动相关法是实现同步的一种常见方法，其基本原理是利用PN码的自相关特性，通过不断地调整本地PN码的相位，寻找与接收信号相位匹配的瞬间，当相关运算结果达到峰值时，表明已捕获到信号。传统滑动相关法虽然简单，但同步速度较慢，实时性较差。 为了提高捕获速度和实时性，文章提出了一种改进的滑动相关法。在FPGA（Field-Programmable Gate Array）平台上实现这一改进方案，主要包括以下几个关键模块： 1. 信号存储模块：使用双口RAM来存储接收的信号，通过高速计算时钟读取数据，实现并行运算，极大地提高了处理速度。 2. PN码存储模块：PN码不再由移位寄存器实时生成，而是预先生成并存储在FPGA内部的ROM中，以固定地址顺序读取，避免了连续读取的影响。 3. 乘法器模块：执行接收数据与本地PN码的乘法运算，通过取反或保持正号来实现乘法，若数据量大，可采用流水线方法优化计算。 4. 积分器模块：对乘法结果进行累加，形成相关积分，根据PN码长度和读取数据宽度确定累加次数。 5. 门限鉴别器：检测积分器的结果，当其超过预设门限值时，启动跟踪单元，否则维持捕获状态。 通过Xilinx公司的ISE 10.1开发软件进行仿真验证，改进后的滑动相关法显著提升了运算速度，缩短了捕获时间，增强了系统的实时性能。门限值的设定需要综合考虑噪声影响和漏警率，以确保系统的稳定运行。 该文提出的FPGA实现的直接扩频通信同步系统，通过优化滑动相关法，提高了系统的同步效率，这对于提升扩频通信系统的整体性能和可靠性具有重要意义。同时，这一实现方案也展示了FPGA在高速信号处理中的潜力和灵活性，为未来相关领域的研究和应用提供了有价值的参考。