【正文】 DSCDMA 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。 MCCDMA 的發(fā)射機(jī)在頻域使用一定的擴(kuò)頻碼將原始數(shù)據(jù)擴(kuò)展到不同的子載波進(jìn)行傳輸。如果每個(gè)獨(dú)立信道的頻譜允許重疊，同時(shí)在接收機(jī)使每個(gè)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。在典型的并行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，整個(gè)信號(hào)頻譜分解成 N 個(gè)頻率不重疊的子信道。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。降低符號(hào)間隔使得系統(tǒng)更容易受到延時(shí)擴(kuò)展的干擾。然而延時(shí)擴(kuò)展使系統(tǒng)具有一個(gè)等待周期，這個(gè)周期決定下一個(gè)脈沖何時(shí)可以發(fā)射。由于瑞利信道的突發(fā)特性，一些鄰近的符號(hào)可能會(huì)由于衰落而受到嚴(yán)重的破壞。 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。但是 UWB系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)還有很多關(guān)鍵技術(shù)需要突破，因此可以說 UWB 技術(shù)的發(fā)展是機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存。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(hào)，由編碼來控制脈沖的發(fā)送時(shí)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）。 與現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)相比， UWB 有著明顯不同的工作原理和應(yīng)用特性。 UWB 技術(shù)的出現(xiàn)為解決這些難題提供了可能的方案。目前的短距離無線設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)主要是基于 IEEE 802 系列無線標(biāo)準(zhǔn)的 WLANs/WPANs，但是這些網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備都是獨(dú)立工作的，它們要么單獨(dú)地工作在室內(nèi)和辦公室環(huán)境，要么單獨(dú)地工作在開闊的公共地區(qū)，完全沒有考慮它們之間的互連問題。 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(shí)現(xiàn)中扮演著重要的角色。 超寬帶技術(shù) 衡量擴(kuò)頻系統(tǒng)的重要指標(biāo)是擴(kuò)頻增益，在一定的傳輸帶寬下，要提高有效數(shù)據(jù)的傳輸速率就要降低擴(kuò)頻增益，而擴(kuò)頻增益的下降也意味著擴(kuò)頻系統(tǒng)性能的降低，因此要提高傳輸數(shù)據(jù)速率，而且不降低擴(kuò)頻系統(tǒng)的性能（即保證一定的擴(kuò)頻增益），就只有提高傳輸帶寬。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。前者關(guān)注新技術(shù)的應(yīng)用，例如多載波調(diào)制技術(shù)，即 OFDM，是一種傳輸高速數(shù)據(jù)的有效調(diào)制方案，被認(rèn)為有望成為 4G 的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制技術(shù)。 對(duì) 4G 的認(rèn)識(shí)不同，采取的技術(shù)解決手段也各不一樣。而對(duì)于 3G 以后的發(fā)展，不同的研究者有不同的觀點(diǎn)。展望未來，第四代移動(dòng)通信系 統(tǒng)（ 4G）的驅(qū)動(dòng)無疑會(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。 擴(kuò) 頻技術(shù)的展望 擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 從擴(kuò)頻技術(shù)的歷史可以看出，每一次技術(shù)上的大發(fā)展都是由巨大的需求驅(qū)動(dòng)的。這些檢測(cè)器的實(shí)現(xiàn)都需要知道預(yù)期用戶的擴(kuò)頻碼、定時(shí)信息以及信道沖擊響應(yīng)，有時(shí)還需要知道多用戶干擾。前者包括解相關(guān)檢測(cè)器、最小均方誤差序列檢測(cè)器等；后者則包括多級(jí)檢測(cè)器、判決反饋檢測(cè)器、順序干擾撤銷和并行干擾撤銷檢測(cè)器等。這樣尋找在性能和復(fù)雜度之間折中的次最優(yōu)多用戶檢測(cè)器成為研究的熱點(diǎn)。通過對(duì)所有用戶的聯(lián)合譯碼可以極大地改善 CDMA 系統(tǒng)的性能。 多用戶檢測(cè) 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(cè)能夠利用這些多址干擾來改善接收機(jī)的性能，因此是一種提高系統(tǒng)容量的有效方法。在串行捕獲方案中，雙停頓時(shí)間搜索法和序貫檢測(cè)法都是縮短捕獲時(shí)間的有效方 法，利用一些新的搜索算法進(jìn)一步改進(jìn)這些系統(tǒng)的性能成為研究的熱點(diǎn) 。以前采用的主要是串行捕獲方法，這種方案實(shí)現(xiàn)簡單，但捕獲速度不能滿足要求。目前的研究主要集中在碼捕獲過程。只有在接收機(jī)將本地產(chǎn)生的偽碼和接收信號(hào)中調(diào)制信息的偽碼實(shí)現(xiàn)同步以后，才有可能實(shí)現(xiàn)直序擴(kuò)頻通信的各種優(yōu)點(diǎn)。因此 CDMA 技術(shù)成為目前擴(kuò)頻技術(shù)中研究最多的對(duì)象，其中又以碼捕獲技術(shù)和多用戶檢測(cè)（ MUD）技術(shù)代表了目前擴(kuò)頻技術(shù)研究的現(xiàn)狀。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。 對(duì)跳頻系統(tǒng)的分析，現(xiàn)在仍集中在其對(duì)抗各種干擾的性能方面，如對(duì)抗部分邊帶干擾以及多頻干擾等。 擴(kuò)頻技術(shù)的研究現(xiàn)狀 擴(kuò)頻技術(shù)的研究現(xiàn)狀 擴(kuò)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(gè)應(yīng)用領(lǐng)域仍是軍事抗干擾通信和移動(dòng)通信系統(tǒng) ,而跳頻系統(tǒng)與直擴(kuò)系統(tǒng)則分別是在這兩個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用最多的擴(kuò)頻方式。 隨著 PCS 以及蜂窩移動(dòng)通信的發(fā)展， CDMA 技術(shù)已經(jīng)成為不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。此外由于擴(kuò)頻用戶具有類似白噪聲的寬帶特性，它對(duì)其它共享頻段的傳統(tǒng)用戶的干擾也達(dá)到最小。使用擴(kuò)頻技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)碼分多址，即在多用戶通信系統(tǒng)中所有用戶共享同一頻段，但是通過給每個(gè)用戶分配不同的擴(kuò)頻碼實(shí)現(xiàn)多址通信。因此第二種方案成為合理的選擇。要為 PCS 分配可用的頻段就只有 2 種方案：一是為 PCS 分配一段專用頻譜，使正在使用該頻譜的用戶換到其它的頻段；另一種辦法就是讓 PCS 與其它用戶 共享一段頻譜。要實(shí)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(gè)重要技術(shù)因素就是多址技術(shù)。 而真正使擴(kuò)頻通信技術(shù)成為當(dāng)今通信領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的原因是碼分多址（ CDMA）的應(yīng)用。從此，擴(kuò)頻通信技術(shù)獲得了更加廣闊的應(yīng)用空間。 2. 在民用通信中的應(yīng)用 一直到 80 年代初期，擴(kuò)頻通信的概念都只是在軍事通信系統(tǒng)中得到應(yīng)用，這種狀況到了80 年代中期才得到改變。 自從擴(kuò)頻通信的概念在 50 年代開始成熟以后，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。第一個(gè)跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng) BLADES 也在這段時(shí)期研制成功，在該系統(tǒng)中第一次利用移位寄存序列實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)編碼。 真正實(shí)用的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是在 50 年代中期發(fā)展起來的。跳頻通信的思路就是在這段時(shí)期出現(xiàn)的：如果對(duì)窄帶信號(hào)使用編碼的頻率控制，則可以使其在任何時(shí)間占據(jù)寬頻段中的任何一部分，這樣敵人要進(jìn)行干擾就必須維持很寬的頻段。在戰(zhàn)爭后期，干擾和抗干擾技術(shù)成為決定勝負(fù)的重要因素。 1. 在軍事通信中的應(yīng)用 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是在 50 年代中期產(chǎn)生的，其最初的應(yīng)用包括軍事抗干擾通信、導(dǎo)航系統(tǒng)、抗多徑實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以及其它方面。到 2020 年，被國際電聯(lián) (ITU，International TeleeonununicationsUnion)接納 的第三代移動(dòng)通信三大主流標(biāo)準(zhǔn)： WCDMA、CDMA20 TDSCDMA 無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)成為一種成熟地通信技術(shù)而被商用化。1993 年， Qualeomm公司提出的碼分多址數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)建議和標(biāo)準(zhǔn)被采用，成為 IS95。從此，擴(kuò)頻通信技術(shù)獲得了更加廣闊的應(yīng)用空間。 自從擴(kuò)頻通信的概念在 50 年代開始成熟以后，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。第一個(gè)跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng) BLADES 也在這段時(shí)期研制成功，在該系統(tǒng)中第一次利用移位寄存序列實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)編碼。而真正實(shí)用的擴(kuò)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(fù)的重要因素。 為了不斷適應(yīng)這一新技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，使廣大高校師生了解和掌握擴(kuò)頻通信相關(guān)理論，更全面地了解擴(kuò)頻系統(tǒng)，因此本論文將 CDMA 直接序列擴(kuò)頻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)作為研究目標(biāo)，結(jié)合 PLD 設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的擴(kuò)頻調(diào)制、射頻調(diào)制、解擴(kuò)和解調(diào)。 隨著擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展， PLD(Programmable Logic Device，可編程邏輯器件 )技術(shù)在擴(kuò)頻通信領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。 擴(kuò)頻技術(shù)在發(fā)展的初始階段，就己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了理論和技術(shù)上的重大突破；在此后的發(fā)展過程中主要是硬件的改善和性能的提高；發(fā)展到現(xiàn)在，跳頻系統(tǒng)主要在軍事通信中對(duì)抗故意干擾，在衛(wèi)星通信中也用于保密通信，直擴(kuò)系統(tǒng)則主要是一種民用技術(shù)。當(dāng)前，無論是軍事通信領(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。通常的超短波 (VHF／ UHF)通信， 10w 電臺(tái)能傳播 20~30km遠(yuǎn)，而擴(kuò)頻通信設(shè)備， 10w 能傳播 30~50km，也就是說擴(kuò)頻系統(tǒng)能帶來30dB 以上的信噪比改善。它不僅在軍事通信方面發(fā)揮著不可取代的優(yōu)勢(shì)，而且廣泛地滲透到了民用通信的各個(gè)方面，如衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、微波通信、無線電定位系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)、全球個(gè)人通信等。隨著人們對(duì)無線通信設(shè)備需求的增多，無線頻帶越來越擁擠，空間的各種 干擾也隨之增強(qiáng)。 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、選址通信的一門新學(xué)科。擴(kuò)頻技術(shù)在未來無線系統(tǒng)中的應(yīng)用也再次成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。隨著個(gè)人通信業(yè)務(wù)的發(fā)展以及全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用，到現(xiàn)在為止，使用擴(kuò)頻技術(shù)的用戶已經(jīng)超過一億。最后，總結(jié)丁作者本科階段的主要科研情況及本文的主要工作。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。 本論文中首先對(duì)擴(kuò)頻通信的基礎(chǔ)理論做了探討，著重對(duì)直序擴(kuò)頻的理論進(jìn)行了分析；其次根據(jù)理論分析，設(shè)計(jì)了全數(shù)字直接序列擴(kuò)頻基帶系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，完成了擴(kuò)頻序列的產(chǎn)生、信息碼的輸入和擴(kuò)頻。 近年來，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。東華 理工大學(xué) I 基于 FPGA 設(shè)計(jì)的 CDMA 擴(kuò)頻通信同步技術(shù) 摘要 擴(kuò)頻通信技術(shù)因?yàn)榫哂休^強(qiáng)的抗干擾、抗噪聲、抗多徑衰落能力、較好的保密性、較強(qiáng)的多址能力和高精度測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，在軍事抗干擾和個(gè)人通信業(yè)務(wù)中得到了很大的發(fā)展。尤其是基于擴(kuò)頻理論的 CDMA 通信技術(shù)成為國際電聯(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。 本論文正是采用基于 FPGA 硬件平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)了一個(gè)直接序列擴(kuò)頻通信基帶系統(tǒng)，該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)涉及擴(kuò)頻通信和有關(guān) FPGA 的相關(guān)知識(shí)，以及實(shí)現(xiàn)這些模塊的 VHDL硬件描述語言和 Quartus II 開發(fā)平臺(tái)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)集成度高、靈活性強(qiáng)、并具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力的擴(kuò)頻通信基帶系統(tǒng)。重點(diǎn)完成了對(duì)基帶擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)解擴(kuò)和幾種同步捕獲電路的設(shè)計(jì)，將多種專用芯片的功能集成在一片大規(guī)模 FPGA 芯片上。 關(guān)鍵詞：擴(kuò)頻通信； FPGA；同步捕獲 搜索文檔 ：基于 FPGA 實(shí)現(xiàn) CDMA 擴(kuò)頻通信中同步系統(tǒng) II FPGAbased design of CDMA spread spectrum munication synchronization Abstract Spread spectrum munication is widely developed in military anti． interference and personal munication because of its strong ability of anti—interference， anti—noise， anti multipath fading， multiaddressing and better security． Especially， when the CDMA munication technology based on spread spectrum bee the main standard suggestions of 3D mobile system regulated by ITU． Recently， with rapid developing of microelectronics and EDA， programmable logic devices represented by CPLD and FPGA have been greatly used in digital signal processing by their easy design． This paper realized the direct sequence spread spectrum munication baseband system based on the FPGA hardware platform． The realization of this system involved the spread spectrum munication and related FPGA knowledge， VHDL and the Quartus II ． And our aim is to realized a spread spectrum munication baseband system with high integrated strong flexibility and great data processing capability． First， the basic theory of spread spectrum has been discussed in this paper， especially the analysis of the dire