【正文】 實(shí)現(xiàn)直擴(kuò)序列起始同步的方法很多，最基本也是最常用的搜索法就是滑動(dòng)相關(guān)法，對(duì)于偽隨機(jī)碼，遇有它具有良好的相關(guān)性能，經(jīng)過(guò)滑動(dòng)，發(fā)端的偽碼和收端的偽碼的相位相同時(shí)，相關(guān)器的輸出就會(huì)有尖峰值出現(xiàn)。時(shí)序仿真中應(yīng)該將布局布線的時(shí)延文件反標(biāo)到設(shè)計(jì)中，使仿真既包含門(mén)延時(shí)，又包含延時(shí)信息。 2. 綜合：是把軟件設(shè)計(jì)的 HDL 描述與硬件結(jié)構(gòu)掛鉤，是將軟件轉(zhuǎn)化為硬件電路的關(guān)鍵步驟，整個(gè)綜合過(guò)程就是將設(shè)計(jì)者在 EDA 平臺(tái)上編輯輸入的 HDL 文本、原理圖描 述，依據(jù)給定的硬件結(jié)構(gòu)組件和約束條件進(jìn)行編譯、優(yōu)化、轉(zhuǎn)換和綜合，最終獲得門(mén)級(jí)電路甚至更底層的電路描述網(wǎng)表文件。 FPGA 設(shè)計(jì)流程 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是自下而上，即設(shè)計(jì)者首先將各種基本單元，如各種門(mén)電路以及加法器、計(jì)數(shù)器等模塊做成基本單元庫(kù)，然后在設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)用這些基本單元，逐級(jí)向上組合， 直到形成系統(tǒng)為止。 Altera 公司的 Quartus II 開(kāi)發(fā)系統(tǒng) 使用 FPGA 離不開(kāi) EDAI 具，現(xiàn)在用于 FPGA 開(kāi)發(fā)的 EDA 軟件有很多， Synopsys、 C andence、 Mento 等著名的 EDA 軟件供應(yīng)商都有很好的開(kāi)發(fā) FPGA 和進(jìn)行 ASIC 設(shè)計(jì)的一系列軟件。 3. VHDL語(yǔ)句的行為描述能力和程序結(jié)構(gòu)決定了它具有支持大規(guī)模設(shè)計(jì)的分解和己有設(shè)計(jì)的再利用功能。自從 IEEE 公布了 VHDL的標(biāo)準(zhǔn)版本 (IEEE． 1076)后，數(shù)個(gè) EDA 公司相繼推出了自己的 VHDL設(shè)計(jì)環(huán)境，或宣布自己的設(shè)計(jì)工具可以和 VHDL 接口。 東華 理工大學(xué) 13 (2) 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。 (2) 擴(kuò)頻系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)的物理解釋是 :在允許的一定誤碼率的條件下 ,可以實(shí)現(xiàn)很低的S/N 值下進(jìn)行通信 ,即允許很強(qiáng)的干擾。 C 為信道容量。 （ 2）干擾容限 (Mj) 干擾容限是在保證系統(tǒng)正常工作的條件下 (保證輸出端一定的的信噪比 ),接收機(jī)輸入端能承受的干擾信號(hào)比有用信號(hào)高出的分貝（ dB）數(shù)。碼分多址 CDMA 就是一類(lèi)典型的擴(kuò)頻寬帶通信系統(tǒng)。以上是實(shí)現(xiàn)碼分多址的必備條件，也是實(shí)現(xiàn)碼分多址的三大關(guān)鍵技術(shù)。 第一，要達(dá)到多路多用戶(hù)的目的就要有足夠多的地址碼，而這些地址碼又要有良好的自相關(guān)特性。此時(shí)，雖然解調(diào)輸出 R 端的波形是 S1~S4 的疊加，但是，因?yàn)橐邮艿氖怯脩?hù) 2 的信息數(shù)據(jù)，本地產(chǎn)生的地址碼與用戶(hù)2 的地址碼相同，經(jīng)過(guò)相關(guān)檢測(cè)后，用戶(hù) 4 所發(fā)出的信號(hào)加到采樣、判決電路前的信號(hào)是 0，對(duì)信號(hào) 的采樣、判決沒(méi)有影響。 ???? = ∑ ????(??)????=1 = ∑ ????(??)????(??)??(??)????=1 ，進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，取出相關(guān)信號(hào) 。 碼分多址抗干擾最強(qiáng)、頻率利用率更高 ,技術(shù)難度大。 頻分多址（ FDMA）是發(fā)送端對(duì)所發(fā)的信號(hào)的頻率參量進(jìn)行正交分割，形成許多互不重疊的頻帶。 第 4 章 闡述了發(fā)送端 各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)。它在基站和移動(dòng)終端的軟件下載能力，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商和制造商彌補(bǔ)軟件缺陷以及實(shí)現(xiàn)新功能和業(yè)務(wù)非常重要。此外，在更通用的MCDSCDMA 方案則同時(shí)在頻域和時(shí)域?qū)π盘?hào)進(jìn)行擴(kuò)展，并被證明這種調(diào)制方案能夠適應(yīng)包括室內(nèi)、鄉(xiāng)村、郊區(qū)以及城市在內(nèi)的各種傳播環(huán)境，從而適應(yīng)未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)的要求。每個(gè)子信道都調(diào)制獨(dú)立的符號(hào)，這樣 N 個(gè)子信道就實(shí)現(xiàn)頻率分割。在這種系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，要么使用高階調(diào)制犧牲系統(tǒng)性能，要么降低符號(hào)間隔使得信道帶寬增大。傳統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)使用連續(xù)電波作為通信載波，即用某種調(diào)制方式將信號(hào)加載到連續(xù)電波上，并且連續(xù)電波被限定在小范圍的頻段上（一般約為 6 MHz）。超寬帶 (UWB)技術(shù)可以看作是一種將傳輸帶寬極大擴(kuò)展以獲得高數(shù)據(jù)傳輸速率的擴(kuò)頻技術(shù)。但是從用戶(hù)的觀點(diǎn)看， 4G 應(yīng)該具備以下的主要特征 ： ① 最大的靈活性 ,應(yīng)該能夠滿足在任何時(shí)間和地點(diǎn)，通過(guò)任何設(shè)備都可以實(shí)現(xiàn)通信； ② 降低成本， 4G 在實(shí)現(xiàn)比 3G 的傳輸速率高 1~2 個(gè)數(shù)量級(jí)的同時(shí)，還應(yīng)該使成本降為 3G 時(shí)的 1/10 或 1/100； ③ 個(gè)性化和綜合化的業(yè)務(wù) ， 不僅僅是保證每個(gè)人都能通過(guò)一個(gè)終端進(jìn)行通信，而 要在人周?chē)募彝?、辦公室以及熱點(diǎn)地區(qū)建立一個(gè)通用的信息環(huán)境，使每個(gè)人都可以根據(jù)需要以各種方式獲得信息。考慮信道編碼的多用戶(hù)接收機(jī)又可以分為非迭 代接收機(jī)和迭代接收機(jī) 。此外以前主要研究的是高斯信道 下的捕獲性能，現(xiàn)在則考慮到非高斯信道下的捕獲性能，以及在有頻偏等影響條件下捕獲性能。 碼捕獲 搜索文檔 ：基于 FPGA 實(shí)現(xiàn) CDMA 擴(kuò)頻通信中同步系統(tǒng) 4 同步的實(shí)現(xiàn)是直擴(kuò)系統(tǒng)中一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。擴(kuò)頻通信技術(shù)也在民用通信中找到更為廣闊的應(yīng)用空間 ,而關(guān)于 CDMA 技術(shù)的研究熱潮也一直延續(xù)到現(xiàn)在。采取第一種方案將要遇到巨大的政治和經(jīng)濟(jì)阻礙：當(dāng)時(shí)只有政府使用的一些頻段還比較寬松，因此只能是讓政府用戶(hù)換用其它頻段來(lái)為 PCS 騰出頻譜資源；同時(shí)換用頻段意味著已有設(shè)備的射頻部分需要改造。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（ FCC）于 1985 年 5 月發(fā)布了一份關(guān)于將擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用到民用通信的報(bào)告。另一方面，直序擴(kuò)頻則起源于導(dǎo)航系統(tǒng)中高精度測(cè)距。1996 年 ， CDMA(Code Division Multiple Aeeess)系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)。麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的擴(kuò)頻通信系統(tǒng) F9CA/Rake 系統(tǒng)被公認(rèn)為第一個(gè)成功的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的研制過(guò)程中，首次提出了瑞克 (RAKE)接收的概念并成功應(yīng)用，該系統(tǒng)也是第一個(gè)真正實(shí)用的寬帶通信系統(tǒng)。第三代移動(dòng)通信三大主流標(biāo)準(zhǔn)： WCDMA、 CDMA20 TD—SCDMA 無(wú)一例外地采用了直擴(kuò)、 CDMA技術(shù)，這也標(biāo)志著擴(kuò)頻通信技術(shù)已經(jīng)成為第三代移動(dòng)通信系 統(tǒng)的核心技術(shù)之一。擴(kuò)頻通信已經(jīng)成為一種非常重要的通信方式，并且其應(yīng)用也越來(lái)越普及和廣泛。 擴(kuò)頻技術(shù) (Spread Spectrum, SS)的歷史可以追溯到 20 世紀(jì) 50 年代中期，但是直到 80年代初，擴(kuò)頻技術(shù)仍然主要應(yīng)用在軍事通信和保密通信中。尤其是基于擴(kuò)頻理論的 CDMA 通信技術(shù)成為國(guó)際電聯(lián)規(guī)定的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要標(biāo)準(zhǔn)化建議后，標(biāo)志著擴(kuò)頻通信技術(shù)在民用通信領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)入了新階段。在論文中列出了部分模塊的VHDL程序，并在 Quartus II 臺(tái)上完成各部分模塊的功能仿真。 研究背景及意義 擴(kuò)頻通信，即擴(kuò)展頻譜通信技術(shù) (Spread Spectrum Communication)，是應(yīng)用頻譜展寬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)加密、選址通信的一門(mén)新學(xué)科。當(dāng)前，無(wú)論是軍事通信領(lǐng)域，還是商用通信領(lǐng)域，擴(kuò)頻通信技術(shù)都扮演著極其重要的角色。在戰(zhàn)爭(zhēng)后期，干擾和抗干擾技術(shù)成為決定勝負(fù)的重要因素。從此，擴(kuò)頻通信技術(shù)獲得了更加廣闊的應(yīng)用空間。在戰(zhàn)爭(zhēng)后期，干擾和抗干擾技術(shù)成為決定勝負(fù)的重要因素。 自從擴(kuò)頻通信的概念在 50 年代開(kāi)始成熟以后，此后的二十多年擴(kuò)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(jìn)和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。要實(shí)現(xiàn)PCS 并考慮其長(zhǎng)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(gè)重要技術(shù)因素就是多址技術(shù)。此外由于擴(kuò)頻用戶(hù)具有類(lèi)似白噪聲的寬帶特性，它對(duì)其它共享頻段的傳統(tǒng)用戶(hù)的干擾也達(dá)到最小。歐洲的 GSM 標(biāo)準(zhǔn)和北美的以 CDMA 技術(shù)為基礎(chǔ)的 IS95 都 在第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（ 2G）的應(yīng)用中取得了巨大的成功。以前采用的主要是串行捕獲方法，這種方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但捕獲速度不能滿足要求。這樣尋找在性能和復(fù)雜度之間折中的次最優(yōu)多用戶(hù)檢測(cè)器成為研究的熱點(diǎn)。展望未來(lái)，第四代移動(dòng)通信系 統(tǒng)（ 4G）的驅(qū)動(dòng)無(wú)疑會(huì)使擴(kuò)頻技術(shù)傳輸高速數(shù)據(jù)的能力得到更大的拓展。超寬帶（ UWB）技術(shù)以及軟件無(wú)線電（ SDR）技術(shù)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)集成方面也起著重要的作用。 UWB 技術(shù)的出現(xiàn)為解決這些難題提供了可能的方案。 OFDM 和 CDMA 的結(jié)合也為解決未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)的難題提供了技術(shù)選擇。并行系統(tǒng)同時(shí)傳輸幾個(gè)順序數(shù) 據(jù)流，因此在任何時(shí)間內(nèi)都有多個(gè)數(shù)據(jù)元素在傳輸。 MCDSCDMA 的發(fā)射機(jī)先將原始數(shù)據(jù)流進(jìn)行串并變換，然后在時(shí)域上使用一定的擴(kuò)頻碼對(duì)變換后的數(shù)據(jù)流擴(kuò)頻，再分別調(diào)制到不同的子載波上進(jìn)行傳輸。采用軟件無(wú)線電的概念，即通過(guò)軟件加載在一個(gè)通用的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多種功能，為未來(lái)通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)提供了可能的解決方案。 東華 理工大學(xué) 7 本論文章節(jié)分為 8 章，每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容介紹如下： 第 1 章 緒論部分對(duì)國(guó)內(nèi)外 CDMA 擴(kuò)頻通信技術(shù)的研究水平和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了概述，介紹了主要研究?jī)?nèi)容以及闡明了課題意義。 第 8 章 為謝辭和感言。 時(shí)分多址：抗干擾強(qiáng)、頻率利用率高、全網(wǎng)同步、技術(shù)復(fù)雜。 fFDMAftTDMAfCD MAA Co det東華 理工大學(xué) 9 CDMA 通信系統(tǒng)原理圖如下圖 22。在接收端，當(dāng)系統(tǒng)處于同步狀態(tài)和忽略噪聲的影響時(shí)，在接收機(jī)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(hù)（例如用戶(hù) 2）的信息數(shù)據(jù)，本地產(chǎn)生的地址碼應(yīng)與該用戶(hù)的地址碼相同（ Wk=W2）。 如果要接受用戶(hù) 4 的信息數(shù)據(jù)，其工作機(jī)理與上述相同。 第三，由碼分多址通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，即網(wǎng)內(nèi)所有用戶(hù)使用同一載波，各個(gè)用戶(hù)可以同時(shí)發(fā)送或接收信號(hào)。 若 R?T=F?T≈1 時(shí) ,即當(dāng) R=F,或者 F=2R 時(shí) ,稱(chēng)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)。解擴(kuò)后的信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)窄 帶濾波器后，有用的信號(hào)被保留，干擾信號(hào)被抑制，從而改善了信噪比，提高了抗干擾能力。 擴(kuò)頻通信的基本原理 1. 擴(kuò)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(jiàn)圖 25) 公式中 F 為限頻帶寬 。其中 Shannon（仙農(nóng)）公式指出：可以采用頻帶 F 來(lái)?yè)Q取信噪比，即當(dāng) C 不變時(shí)，增加頻帶 F 可以降低接收機(jī)接收的信噪門(mén)限值 lg(1+S/N)?？垢蓴_能力強(qiáng)與低功率密度對(duì)于干擾受限系統(tǒng)，將允許接納更多的用戶(hù)數(shù)。 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 VHDL簡(jiǎn)介 常見(jiàn)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(lái)的一種硬件描述語(yǔ)言。除了含有許多具有硬件特征的語(yǔ)句外， VHDL的語(yǔ)言形式、描述風(fēng)格與句法和一般的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言十分相似。 5. VHDL對(duì)設(shè)計(jì)的描述具有相對(duì)獨(dú)立性，設(shè)計(jì)者可以不懂硬件的結(jié)構(gòu)，也不必管最終設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)器件是什么，而進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)。 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(shí)序分析器、設(shè)計(jì)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(guò)選擇 Sma Compilation 來(lái)運(yùn)行所有的編輯器模塊，也可以通過(guò)選擇 Start 單獨(dú)運(yùn)行各個(gè)模塊。 FPGA 設(shè)計(jì)流程包括電路設(shè)計(jì)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。設(shè)計(jì)耗時(shí)短，對(duì)硬 件庫(kù)、綜合器等沒(méi)有任何要求。解擴(kuò)的時(shí)候，接收端的偽隨機(jī)碼發(fā)生器和發(fā)送端的偽隨機(jī)碼發(fā)生器的時(shí)鐘同步是至關(guān)重要的。 如圖 31 為同步系統(tǒng)的原理框圖，從圖中可以看到整個(gè)系統(tǒng)由 5 個(gè)大的模塊組成： 1 個(gè)發(fā)送模塊 sender， 4 個(gè)相類(lèi)似的接受模塊（ rec0,rec1,rec2,rec3）。 搜索文檔 ：基于 FPGA 實(shí)現(xiàn) CDMA 擴(kuò)頻通信中同步系統(tǒng) 16 第 3 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)概述 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路 本同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是直接序列擴(kuò)頻調(diào)制系統(tǒng)，即用一數(shù)字偽隨機(jī)序列調(diào)制載波，此序列的切普率甚高，遠(yuǎn)大于原始信號(hào)的帶寬。 圖 26 基于 EDA軟件的 FPGA開(kāi)發(fā)流程 4. 仿真：就是讓計(jì)算機(jī)根據(jù)～定的算法和一定的仿真庫(kù)對(duì) EDA 設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)，排除錯(cuò)誤，它可以完成兩種不同級(jí)別的仿真測(cè)試。最后進(jìn)行時(shí)序仿真，以檢查布局布線的線延時(shí)和門(mén)延時(shí)對(duì) 設(shè)計(jì)帶來(lái)的影響。 Quartus II 是 Altera 提供的 FPGA／ CPLD 開(kāi)發(fā)集成環(huán)境，是 Altem前一代集成開(kāi)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(jiǎn)單易學(xué)、易用、可視化、集成化設(shè)計(jì)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用 EDA工具的邏輯優(yōu)化功能，可以自動(dòng)地把一個(gè)綜合后的設(shè)計(jì)變成一個(gè)更小、更高速的電路系統(tǒng)?，F(xiàn)在 VHDL作為 IEEE 的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)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(shí)上的通用硬件描述語(yǔ)言。 硬件描述語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)平臺(tái) 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心已日趨轉(zhuǎn)向基于計(jì)算機(jī)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，即 EDA 技術(shù)。且對(duì)其他通信系統(tǒng)及人體的干擾與影響也小。即三個(gè)參量之間可以互換。 搜索文檔 ：基于 FPGA 實(shí)現(xiàn) CDMA 擴(kuò)頻通信中同步系統(tǒng) 12 例如，某擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益 Gp=33dB,系統(tǒng)損耗 Ls=3Db,接收機(jī)的輸出信噪比(S/N)0≥10dB,則該系統(tǒng)的干擾容限 Mj=20dB。當(dāng)收到的信號(hào)與本地碼相匹配時(shí)，所要的信號(hào)就會(huì)恢復(fù)到其擴(kuò)展之前的原始帶寬。它的主要特征是：