【正文】 軟件模塊就可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，而且軟件可以升級(jí)更新，各硬件處理板卡也可以不斷地升級(jí)換代。在理想情況下，軟件無(wú)線電系統(tǒng)只有從發(fā)射到天線，再經(jīng)過電磁波傳播到接收天線這些部分是模擬區(qū)域，其他傳輸部分則全部數(shù)字化。 隨著高速DSP和大規(guī)模邏輯器件FPGA, PLD的不斷出現(xiàn)，軟件無(wú)線電技術(shù)（Software Defined Radio)應(yīng)運(yùn)而生，它是繼模擬和數(shù)字電子技術(shù)之后的又一新技術(shù)。另外隨著通信技術(shù)和可編程器件的發(fā)展，越來(lái)越多的公司投入到IP Core的開發(fā)來(lái)，使得這類產(chǎn)品的市場(chǎng)在逐步減小，因此購(gòu)買起來(lái)不僅有一定的困難，而目也得不到相應(yīng)足夠的技術(shù)支持。[3] 但是目前，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)大都采用專用的擴(kuò)頻芯片，主要都是來(lái)自國(guó)外的芯片供貨商，如Harris, AMI, ZLOG, Standford Tele等。同年，美國(guó)FCC才規(guī)劃出ISM頻段即通用頻段，并分配給采用擴(kuò)頻通信機(jī)制的商用通信系統(tǒng)使用。[2]擴(kuò)頻是建立在香農(nóng)的信息論基礎(chǔ)之上的，并率先應(yīng)用于國(guó)防軍事通信中，而從其技術(shù)的實(shí)現(xiàn)手段來(lái)看，它已經(jīng)歷了模擬擴(kuò)頻技術(shù)、數(shù)?；旌蠑U(kuò)頻技術(shù)以及完全數(shù)字化擴(kuò)頻技術(shù)等發(fā)展階段。但是，在另一方面，無(wú)線信道的快速變化也會(huì)給系統(tǒng)性能帶來(lái)一些好處，這主要表現(xiàn)為：系統(tǒng)帶寬增加，使頻域分集的效果提高，可以避免進(jìn)入深衰落；多普勒頻率擴(kuò)展加大，衰落加快，使得信道編碼中使用相對(duì)較短的交織長(zhǎng)度就能獲得更好的時(shí)域分集效果等。主要表現(xiàn)為：帶寬波動(dòng)：因?yàn)槎鄰剿ヂ?、同頻干擾、噪聲等影響會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)的輸入/輸出能力下降；基站與終端的距離改變時(shí)信道的容量會(huì)變化；當(dāng)終端進(jìn)入不同的網(wǎng)絡(luò)（如從無(wú)線局域網(wǎng)進(jìn)入無(wú)線廣域網(wǎng)時(shí)，速率可能從幾M變到幾 K比特每秒）；小區(qū)切換時(shí)，另外一個(gè)小區(qū)可能不能提供頻帶資源。因此，要對(duì)無(wú)線信道進(jìn)行控制和預(yù)測(cè)是非常困難的。無(wú)線擴(kuò)頻通信與一般的無(wú)線電通信系統(tǒng)相比，主要是在發(fā)射端增加了擴(kuò)頻調(diào)制，而在接收端增加了擴(kuò)頻解調(diào)的過程。無(wú)線通信系統(tǒng)分為模擬和數(shù)字兩種。對(duì)頻率或波長(zhǎng)進(jìn)行分段，分別稱為頻段或波段。關(guān)鍵詞：擴(kuò)頻通信，F(xiàn)PGA，直接序列擴(kuò)頻，AFC，載波跟蹤Design of Automatic Frequency、Phase Tracking Circuit Based on FPGAABSTRACTSpread spectrum techniques which is used by the army, have the excellent characteristics of being secret, concealed and to reject interference and multipath decline. Therefore it has a spread application foreground. Many foreign panies have developed many powerful spread spectrum application ICs, which have the disadvantage that the secondarydevelopment is very limit. The traditional analogy systems exist the disadvantages of big cubage, high power consume, and low dependability. With the fast development of microelectronics and Electronics Design Automation (EDA) techniques, the programmable logic devices such as FPGA and CPLD have been widely used in the field of digital signal processing for its flexible design and fast verifying. This paper mostly introduces and implementes the receiving system, the receiver unit mainly consisted of the digital down converter, matched filter, differential demodulator, output processor and AFC module. And this paper introduces the general situation of spread spectrum system, development and background, along with wireless channel environment. We realize the correlation theory of wireless munication systems based on the principle of spread spectrum technology, which the relative despread spectrum of the signal, baseband modulation and demodulation, channel coding, the synchronization and so on. The key study of this paper is direct sequence spread spectrum theory. It also analyzes theoretically the phase locked loop and frequency locked loop. It has designed the project of the receiver unit, which include differential demodulator and AFC module. It designs and implements the module of the carrier frequency tracking and carrier phase tracking based on FPGA. It carries through functional simulation and waveform simulation in the software development environment of Quartus II. Keywords: Spread Spectrum munication, FPGA, directsequence spread spectrum, AFC, Carrier tracking目 錄摘要 IABSTRACT II1 緒論 1 無(wú)線通信原理 1 無(wú)線信道環(huán)境 2 擴(kuò)頻通信背景及意義 2 FPGA發(fā)展及其應(yīng)用前景 4 開發(fā)平臺(tái)Quartus Ⅱ簡(jiǎn)介 5 VHDL簡(jiǎn)介 5 本章小結(jié) 62 課題相關(guān)理論基礎(chǔ) 7 擴(kuò)頻技術(shù) 7 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ) 7 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 9 擴(kuò)頻偽隨機(jī)碼 10 擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)解擴(kuò) 10 直序擴(kuò)頻的同步 11 擴(kuò)頻通信的主要性能指標(biāo) 12 鎖相環(huán)技術(shù) 13 鎖頻環(huán)技術(shù) 13 本章小結(jié) 143 接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15 接收系統(tǒng)總體框圖 15 接收系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 16 差分解調(diào)器模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 16 自動(dòng)頻率控制(AFC)模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 18 載波頻率跟蹤 19 頻率跟蹤方案 20 頻率跟蹤方案的理論分析 20 載波相位跟蹤 21 全數(shù)字載波跟蹤環(huán)路結(jié)構(gòu) 21 數(shù)字載波相位跟蹤環(huán)路參數(shù)設(shè)計(jì) 23 載波同步輸入圖 24 接收系統(tǒng)頂層輸入圖 24 接收系統(tǒng)仿真圖 25 本章小結(jié) 254 全文總結(jié)與今后展望 26 全文總結(jié) 26 今后工作展望 26參考文獻(xiàn) 28致 謝 29 1 緒論 無(wú)線通信原理無(wú)線通信主要借助電磁波在自由空間的傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)。本論文主要研究并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻通信接收系統(tǒng)的跟蹤模塊，接收系統(tǒng)主要由數(shù)字下變頻、數(shù)字匹配濾波器、差分解調(diào)、自動(dòng)頻率跟蹤處理等模塊組成?；贔PGA設(shè)計(jì)自動(dòng)頻率、相位跟蹤電路摘要擴(kuò)頻通信最早應(yīng)用于軍隊(duì)，可在低功率譜密度下工作，具有保密性強(qiáng)和抗干擾、抗多徑衰落等優(yōu)點(diǎn)，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)的迅速發(fā)展，以FPGA和CPLD為代表的可編程邏輯器件憑借其設(shè)計(jì)方便靈活等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域?；贔PGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了載波頻率跟蹤和載波相位跟蹤模塊，并在Quartus II軟件開發(fā)環(huán)境進(jìn)行功能仿真及波形仿真。在自由空間中，波長(zhǎng)與頻率存在以下關(guān)系：c = f λ式中：c為光速，f和λ分別為無(wú)線電波的頻率和波長(zhǎng)，因此，無(wú)線電波也可以認(rèn)為是一種頻率相對(duì)較低的電磁波。決定傳播方式的關(guān)鍵因素是無(wú)線電信號(hào)的頻率。信源調(diào)制器信道解調(diào)器信宿噪聲圖11 模擬無(wú)線通信系統(tǒng)框圖信源信源編碼信道編碼信道解調(diào)噪聲信道解碼信源解碼信宿調(diào)制圖12 數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)框圖在無(wú)線通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的無(wú)線擴(kuò)頻通信則被譽(yù)為進(jìn)入信息時(shí)代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。無(wú)線信道不像有線信道那樣固定并可預(yù)見，而是具有極度的隨機(jī)性，從簡(jiǎn)單的視距傳播，到遭遇各種復(fù)雜的地形、地物，甚至移動(dòng)臺(tái)的速度也會(huì)對(duì)信號(hào)電平的衰落產(chǎn)生影響。因此，在無(wú)線通信中，無(wú)線信道環(huán)境的好壞將直接影響到通信質(zhì)量的好壞，同時(shí)，無(wú)線信道特性也使通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)面臨一些難題。所有這些問題都導(dǎo)致在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，算法變得復(fù)雜，系統(tǒng)軟硬件規(guī)模增加，從而引起硬件成本的增加和功耗的增大。擴(kuò)頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)用偽隨機(jī)編碼調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸：接收端則采用相同的編碼進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。1985年，Marvin 《Spread Spectrum Communications Handbook》是當(dāng)時(shí)有一關(guān)擴(kuò)頻通信技術(shù)的一部全而的著作，內(nèi)容涉及了擴(kuò)頻技術(shù)的歷史發(fā)展，擴(kuò)頻通信的概念、理論與系統(tǒng)模型，系統(tǒng)抗干擾分析，各種擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)、解調(diào)技術(shù)，以及擴(kuò)頻通信的同步等等。民用移動(dòng)通信領(lǐng)域3G標(biāo)準(zhǔn)包括歐洲的WCDMA、美國(guó)的CDMA2000以及中國(guó)的TDSCDMA等都采用了以擴(kuò)頻理論為基礎(chǔ)的CDMA技術(shù)；另外， 1b標(biāo)準(zhǔn)中也采用了擴(kuò)頻體制。但諸如STEL2000A之類的ASIC產(chǎn)品存在許多固有的缺陷，比如它們的大部分功能都已固化，不利于系統(tǒng)的后續(xù)升級(jí)，因而缺少產(chǎn)品開發(fā)的靈活性。在很多應(yīng)用場(chǎng)合，逐漸被通用的可編程邏輯器件(如FPGA, PLD)替代，從而設(shè)計(jì)出比ASIC更靈活、更安全的產(chǎn)品。第一，將數(shù)字化區(qū)域由接收機(jī)推廣到發(fā)射機(jī)?？梢哉f，這種電臺(tái)是可用軟件控制和重新配置的電臺(tái)。 軟件無(wú)線電技術(shù)是全數(shù)字接收機(jī)技術(shù)的推廣和發(fā)展，但兩者也有不同之處。全數(shù)字接收機(jī)的發(fā)展為軟件無(wú)線電提供了必要的理論基礎(chǔ)和實(shí)施技術(shù)。 FPGA發(fā)展及其應(yīng)用前景 當(dāng)今社會(huì)是數(shù)字化的社會(huì)，是數(shù)字集成電路廣泛應(yīng)用的社會(huì)。目前，F(xiàn)PGA芯片已成為九十年代以來(lái)最受歡迎的器件之一。開發(fā)者使用FPGA技術(shù)，