【正文】 結(jié)合，使在信道傳輸?shù)男盘査碱l帶極大的展寬（一般達百倍以上 ），為接收端分離信號完成實際性的準備。它的主要特征是：擴頻前的信息碼元帶寬遠小于擴頻后的擴頻碼序列（ chip）的帶寬。 （ 2） 寬帶通信系統(tǒng)是窄帶系統(tǒng)通過擴頻方式來實現(xiàn)的。當收到的信號與本地碼相匹配時，所要的信號就會恢復到其擴展之前的原始帶寬。例如：W=20MHz, B=10KHz,則 Gp=W/B=2020(33dB),說明這個系統(tǒng)在接收機的射頻輸入端和基帶濾波器輸出端之間有 33dB 的信噪比增益改善。 搜索文檔 ：基于 FPGA 實現(xiàn) CDMA 擴頻通信中同步系統(tǒng) 12 例如，某擴頻通信系統(tǒng)的擴頻增益 Gp=33dB,系統(tǒng)損耗 Ls=3Db,接收機的輸出信噪比(S/N)0≥10dB,則該系統(tǒng)的干擾容限 Mj=20dB。 S/N 為功率信噪比 。即三個參量之間可以互換。 圖 25 信道容量 C的直觀圖示 擴頻通信的主要優(yōu)缺點 1．主要優(yōu)點 (1) 抗干擾能力強且 G越大 ,抗干擾能力越強 ,抗白噪聲、抗單頻窄帶干擾、抗人為干擾、抗跟蹤干擾、抗寬帶的等效白噪聲的多址與多徑干擾能力都很強。且對其他通信系統(tǒng)及人體的干擾與影響也小。 2．主要缺點 (1) 占用信號頻帶寬 ,擴頻后的碼序列 (chip)帶寬遠大于擴頻前的信息序列帶寬。 硬件描述語言和開發(fā)平臺 隨著半導體技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)的核心已日趨轉(zhuǎn)向基于計算機的電子設(shè)計自動化技術(shù)，即 EDA 技術(shù)。1988 年，美國 Milstd454 規(guī)定所有為美國國防部設(shè)計的 ASIC 產(chǎn)品必須采用 VHDL語言來描述。現(xiàn)在 VHDL作為 IEEE 的工業(yè)標準硬件描述語言，得到了 眾多 EDA 公司的支持，在電子工程領(lǐng)域，己成為事實上的通用硬件描述語言。 2. VHDL中豐富的仿真語句和庫函數(shù)，使得任何大系統(tǒng)在設(shè)計早期 (設(shè)計尚未完成 )就能查驗設(shè)計系統(tǒng)的功能具有可行性，并隨時可對設(shè)計進行仿真模擬。應(yīng)用 EDA工具的邏輯優(yōu)化功能，可以自動地把一個綜合后的設(shè)計變成一個更小、更高速的電路系統(tǒng)。 可以預計，隨著 VHDL． 93 標準的廣泛應(yīng)用以及可編程邏輯器件的不斷推出， VHDL 必搜索文檔 ：基于 FPGA 實現(xiàn) CDMA 擴頻通信中同步系統(tǒng) 14 將在未來的 EDA 解決方案中發(fā)揮不可替代的作用 。 Quartus II 是 Altera 提供的 FPGA／ CPLD 開發(fā)集成環(huán)境，是 Altem前一代集成開發(fā)環(huán)境 MAX+plus II 的更新?lián)Q代產(chǎn)品，其界面友好，使用便捷，具有簡單易學、易用、可視化、集成化設(shè)計環(huán)境等優(yōu)點。 因此本設(shè)計中我采用了 Altera 公司的 Quartus II 軟件進行開發(fā)。最后進行時序仿真，以檢查布局布線的線延時和門延時對 設(shè)計帶來的影響。常用的設(shè)計輸入方法有硬件描述語言文本輸入和原理圖設(shè)計輸入方法。 圖 26 基于 EDA軟件的 FPGA開發(fā)流程 4. 仿真：就是讓計算機根據(jù)～定的算法和一定的仿真庫對 EDA 設(shè)計進行模擬，以驗證設(shè)計，排除錯誤，它可以完成兩種不同級別的仿真測試。但時序仿真文件必須來自針對具體器件的適配器。 搜索文檔 ：基于 FPGA 實現(xiàn) CDMA 擴頻通信中同步系統(tǒng) 16 第 3 章 系統(tǒng)總體設(shè)計概述 系統(tǒng)總體設(shè)計思路 本同步系統(tǒng)設(shè)計采用的是直接序列擴頻調(diào)制系統(tǒng)，即用一數(shù)字偽隨機序列調(diào)制載波，此序列的切普率甚高，遠大于原始信號的帶寬。 在本系統(tǒng)設(shè)計中發(fā)送端偽隨機碼發(fā)生器和接收端的偽隨機碼發(fā)生器使用同一個時鐘控制，這樣處理的結(jié)果就是發(fā)端的偽碼與收端的偽碼的相位誤差肯定是整數(shù)個切普，所以本系統(tǒng)中只要進行同步的捕獲。 如圖 31 為同步系統(tǒng)的原理框圖，從圖中可以看到整個系統(tǒng)由 5 個大的模塊組成： 1 個發(fā)送模塊 sender， 4 個相類似的接受模塊（ rec0,rec1,rec2,rec3）。此時，可以判斷初始值同步完成，接收端的偽碼發(fā)生器隨之停止滑動。解擴的時候，接收端的偽隨機碼發(fā)生器和發(fā)送端的偽隨機碼發(fā)生器的時鐘同步是至關(guān)重要的。與前面的仿真相比，這種仿真包含的延時信息最為全面、準確，能較好地反映芯片的實際工作情況。設(shè)計耗時短，對硬 件庫、綜合器等沒有任何要求。 3. 適配器也稱結(jié)構(gòu)綜合器：是將綜合器產(chǎn)生的網(wǎng)表文件配置于指定目標器件中，使之產(chǎn)生最終的下載文件，女 IJEDEC、 Jam格式文件。 FPGA 設(shè)計流程包括電路設(shè)計與輸入、功能仿真、綜合、布線后仿真和下板調(diào)試等主要步驟， 如圖 26。 一個完整的、典型的 EDA 設(shè)計流程是正好相反的自上而下的設(shè)計方法，它首先在系統(tǒng)級對系統(tǒng)進行設(shè)計，并進行功能模塊的劃分與定義，然后在功能級對各個模塊進行描述，并進行仿真，以預測設(shè)計的 J 下確性。 Quartus II 包括模塊化的編譯器，其功能模塊有分析／綜合器、適配器、裝配器、時序分析器、設(shè)計輔助模塊、 EDA網(wǎng)表文件生成器和編輯數(shù)據(jù)接口等，可以通過選擇 Sma Compilation 來運行所有的編輯器模塊，也可以通過選擇 Start 單獨運行各個模塊。 目前主要的 FPGA 廠商有 Xilinx、 Altera、 AMD、 Lattice、 Actel、 Lucent 及 Atmel 等。 5. VHDL對設(shè)計的描述具有相對獨立性，設(shè)計者可以不懂硬件的結(jié)構(gòu)，也不必管最終設(shè)計實現(xiàn)的目標器件是什么，而進行獨立的設(shè)計。 4. 對于用 VHDL完成的一個確定的設(shè)計，可以利用 EDAI 具進行邏輯綜合和優(yōu)化，并自動地把 VHDL描述設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)殚T級網(wǎng)表 (根據(jù)不同的實現(xiàn)芯片 )。除了含有許多具有硬件特征的語句外， VHDL的語言形式、描述風格與句法和一般的計算機高級語言十分相似。此后 VHDL在電子設(shè)計領(lǐng)域得到了廣泛的接受，并逐步取代了原來的非標準硬件描述語言。 系統(tǒng)開發(fā)語言 VHDL簡介 常見的 HDL主要有 VHDL、 Verilog、 HDL、 AHDL、 System Verilog、 ABEL和 SystemC， 其中 VHDL 是隨著可編輯邏輯器件 (PLD)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種硬件描述語言。 (3) 在時變信道中實現(xiàn)同步較為困難?？垢蓴_能力強與低功率密度對于干擾受限系統(tǒng)，將允許接納更多的用戶數(shù)。 (3) 保密性能強 ,無論是直擴還是跳頻 ,擴頻后其頻譜均為近似白噪聲 ,因此具有良好的保密性能。其中 Shannon（仙農(nóng)）公式指出：可以采用頻帶 F 來換取信噪比，即當 C 不變時，增加頻帶 F 可以降低接收機接收的信噪門限值 lg(1+S/N)。 這一公式指出一個限時（ T）、限頻（ F）、限功率（ S）的連續(xù)白色高斯信道，其信道容量可以形象的用三個主要信號參量所決定的體積來表示。 擴頻通信的基本原理 1. 擴頻通信的理論基礎(chǔ) （ 1）由通信原理與信 息論中的著名仙農(nóng)公式 : C=FTlg(1+S/N)(見圖 25) 公式中 F 為限頻帶寬 。其數(shù)學表達方式為 Mj=Gp(Ls+(S/N)0) dB 式中 Mj 為干擾容限， Gp 為擴頻增益， Ls 為系統(tǒng)損耗 ,(S/N)0 為接收機輸出信噪比。解擴后的信號經(jīng)過一個窄 帶濾波器后，有用的信號被保留，干擾信號被抑制，從而改善了信噪比，提高了抗干擾能力。 2. 擴頻增益 Gp 和干擾容限 (Mj) （ 1）擴頻增益 Gp 在擴頻通信系統(tǒng)中，經(jīng)過對信息信號帶寬的擴展和解 擴處理，獲得了擴頻增益 (Gp)。 若 R?T=F?T≈1 時 ,即當 R=F,或者 F=2R 時 ,稱為一般窄帶通信系統(tǒng) ,在通常數(shù)字通信系統(tǒng)中 ,移頻、移相均屬于窄帶通信系統(tǒng)。 擴頻通信技術(shù) 擴頻通信的基本概念 擴頻碼分多址是數(shù)字移動通信中的一種多址接入方式，特別是在第三代移動通信中，它已成為最主要的多址接入方式。 第三，由碼分多址通信系統(tǒng)的特點，即網(wǎng)內(nèi)所有用戶使用同一載波，各個用戶可以同時發(fā)送或接收信號。這是 “碼分 ”的基礎(chǔ)。 如果要接受用戶 4 的信息數(shù)據(jù)，其工作機理與上述相同。采樣、判決電路的輸出信號是 r2={1}，是用戶2 所發(fā)出的信息數(shù)據(jù)。在接收端，當系統(tǒng)處于同步狀態(tài)和忽略噪聲的影響時，在接收機中解調(diào)輸出 R 端的波形是 S1~S4 的疊加，如果欲接受某一用戶（例如用戶 2）的信息數(shù)據(jù)，本地產(chǎn)生的地址碼應(yīng)與該用戶的地址碼相同（ Wk=W2）。 ∫ ????(??)????(??)???? = ????(??)??(??)??0 3. 通過 MODEM，去掉載頻，恢復窄帶信號 。 fFDMAftTDMAfCD MAA Co det東華 理工大學 9 CDMA 通信系統(tǒng)原理圖如下圖 22。 FDMA、 TDMA、 CDMA三種技術(shù)的直觀圖如下圖 21。 時分多址：抗干擾強、頻率利用率高、全網(wǎng)同步、技術(shù)復雜。在接收端利用頻率的正交性，通過頻率選擇（濾波），從混合信號中選出相應(yīng)的信號。 第 8 章 為謝辭和感言。 第 5 章 闡述了接收端 各個模塊 的具體設(shè)計。 東華 理工大學 7 本論文章節(jié)分為 8 章，每個章節(jié)的內(nèi)容介紹如下： 第 1 章 緒論部分對國內(nèi)外 CDMA 擴頻通信技術(shù)的研究水平和發(fā)展趨勢進行了概述，介紹了主要研究內(nèi)容以及闡明了課題意義。此外使用軟件下載重新配置移動終端是實現(xiàn)多模式終端操作的有效方法，這也為用戶通過一個移動終端接入多個通信系統(tǒng)的問題提供解決手段。采用軟件無線電的概念，即通過軟件加載在一個通用的硬件平臺上實現(xiàn)多種功能，為未來通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)提供了可能的解決方案。此外，一種組合 OFDM 和 MCDSCDMA 的調(diào)制方案，即下行鏈路采用 OFDM 而上行鏈路采用 MCDSCDMA，成為 4G 調(diào)制標準的候選方案之一。 MCDSCDMA 的發(fā)射機先將原始數(shù)據(jù)流進行串并變換，然后在時域上使用一定的擴頻碼對變換后的數(shù)據(jù)流擴頻，再分別調(diào)制到不同的子載波上進行傳輸。如果每個獨立信道的頻譜允許重疊，同時在接收機使每個子信道具有特定的正交限制以便分離，則并行系統(tǒng)利用頻譜的效率更高 ,這就是 OFDM 的基本思想。并行系統(tǒng)同時傳輸幾個順序數(shù) 據(jù)流，因此在任何時間內(nèi)都有多個數(shù)據(jù)元素在傳輸。然而延時擴展使系統(tǒng)具有一個等待周期，這個周期決定下一個脈沖何時可以發(fā)射。 OFDM 和 CDMA 的結(jié)合也為解決未來無線通信系統(tǒng)的難題提供了技術(shù)選擇。而 UWB 技術(shù)不使用連續(xù)電波，它通過非常短、非?？於?“離散 ”的電子脈沖來傳輸信號，由編碼來控制脈沖的發(fā)送時間，脈沖本身就形成了數(shù)字通信中的 “0”或 “1”，并且脈沖可以覆蓋范圍非常廣泛的頻段（可以在幾赫到 幾吉赫之間）。 UWB 技術(shù)的出現(xiàn)為解決這些難題提供了可能的方案。 UWB 作為一種短距離通信技術(shù)在未來無線通信系統(tǒng)的實現(xiàn)中扮演著重要的角色。超寬帶（ UWB）技術(shù)以及軟件無線電（ SDR）技術(shù)在無線網(wǎng)絡(luò)集成方面也起著重要的作用。 對 4G 的認識不同，采取的技術(shù)解決手段也各不一樣。展望未來，第四代移動通信系 統(tǒng)（ 4G）的驅(qū)動無疑會使擴頻技術(shù)傳輸高速數(shù)據(jù)的能力得到更大的拓展。這些檢測器的實現(xiàn)都需要知道預期用戶的擴頻碼、定時信息以及信道沖擊響應(yīng)，有時還需要知道多用戶干擾。這樣尋找在性能和復雜度之間折中的次最優(yōu)多用戶檢測器成為研究的熱點。 多用戶檢測 CDMA 系統(tǒng)容量受到來自其他用戶的多址干擾的限制，多用戶檢測能夠利用這些多址干擾來改善接收機的性能，因此是一種提高系統(tǒng)容量的有效方法。以前采用的主要是串行捕獲方法，這種方案實現(xiàn)簡單，但捕獲速度不能滿足要求。只有在接收機將本地產(chǎn)生的偽碼和接收信號中調(diào)制信息的偽碼實現(xiàn)同步以后，才有可能實現(xiàn)直序擴頻通信的各種優(yōu)點。歐洲的 GSM 標準和北美的以 CDMA 技術(shù)為基礎(chǔ)的 IS95 都 在第二代移動通信系統(tǒng)（ 2G）的應(yīng)用中取得了巨大的成功。 擴頻技術(shù)的研究現(xiàn)狀 擴頻技術(shù)的研究現(xiàn)狀 擴頻技術(shù)由于其本身具備的優(yōu)良性能而得到廣泛應(yīng)用，到目前為止，其最主要的兩個應(yīng)用領(lǐng)域仍是軍事抗干擾通信和移動通信系統(tǒng) ,而跳頻系統(tǒng)與直擴系統(tǒng)則分別是在這兩個領(lǐng)域應(yīng)用最多的擴頻方式。此外由于擴頻用戶具有類似白噪聲的寬帶特性，它對其它共享頻段的傳統(tǒng)用戶的干擾也達到最小。因此第二種方案成為合理的選擇。要實現(xiàn)PCS 并考慮其長期發(fā)展，需要 FCC 為其分配 100~200 MHz 的帶寬，而與頻譜分配相關(guān)的一個重要技術(shù)因素就是多址技術(shù)。從此，擴頻通信技術(shù)獲得了更加廣闊的應(yīng)用空間。 自從擴頻通信的概念在 50 年代開始成熟以后，此后的二十多年擴頻通信技術(shù)仍得到很大的發(fā)展，但都只是局部的發(fā)展，如硬件的改進和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。 真正實用的擴頻通信系統(tǒng)是在 50 年代中期發(fā)展起來的。在戰(zhàn)爭后期，干擾和抗干擾技術(shù)成為決定勝負的重要因素。到 2020 年，被國際電聯(lián) (ITU，International TeleeonununicationsUnion)接納 的第三代移動通信三大主流標準： WCDMA、CDMA20 TDSCDMA 無一例外地采用了直擴、 CDMA 技術(shù)，這也標志著擴頻通信技術(shù)已經(jīng)成為一種成熟地通信技術(shù)而被商用化。從此，擴頻通信技術(shù)獲得了更加廣闊的應(yīng)用空間。第一個跳頻擴頻通信系統(tǒng) BLADES 也在這段時期研制成功，在該系統(tǒng)中第一次利用移位寄存序列實現(xiàn)糾錯編碼。在戰(zhàn)爭后