【正文】 ......................... 30 發(fā)送端和接收端偽碼序列失步情況下的仿真波形 ..................................30 發(fā)送端和接收端偽碼序列同步過程的仿真波形 ........................................30 發(fā)送端和接收端偽碼序列達(dá)到同步的仿真波形 ........................................31 第 7 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 .................................................................................... 32 FPGA 設(shè)計(jì)分析 .....................................................................................................32 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 .......................................................................32 面積和速度平衡原則 ...............................................................................32 VHDL 語言的使用經(jīng)驗(yàn) ......................................................................................32 同步設(shè)計(jì)分析 .........................................................................................................33 第 8 章 結(jié)論 .................................................................................................... 35 第 9 章 謝辭 .................................................................................................... 36 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................... 37 東華 理工大學(xué) 1 第 1 章 緒論 本章作為全文的緒論，首先簡(jiǎn)單介紹了 CDMA 的同步技術(shù)，接著介紹同步技術(shù)的歷史、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，使讀者對(duì) CDMA 的同步技術(shù)的總體情況有相應(yīng)的了解。 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。無線通信已經(jīng)成為電信產(chǎn)業(yè)最大的部門之一，經(jīng)過十年多的穩(wěn)步發(fā)展，儼然是 21 世紀(jì)中最有發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。 為了更好地把握擴(kuò)頻技術(shù) 在無線通信中的應(yīng)用，本文首先介紹擴(kuò)頻技術(shù)的基本情況，然后回顧擴(kuò)頻技術(shù)的歷史，并對(duì)其研究現(xiàn)狀進(jìn)行討論，最后結(jié)合無線通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，主要是第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（ 4G），著重研究擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及其在未來無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。擴(kuò)頻通信最早應(yīng)用在軍事方面，主要用于抗干擾和保密措施。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)用也越來越普及和廣泛。 擴(kuò)頻通信的應(yīng)用是通信技術(shù)的一次重大突破。這種突破性的巨大飛躍使 30 分貝甚至 50 多分貝 (GPS)信噪比改善已 成為現(xiàn)實(shí)。因此，積極開展與擴(kuò)頻通信相關(guān)的研究勢(shì)在必行。第三代移動(dòng)通信三大主流標(biāo)準(zhǔn)： WCDMA、 CDMA20 TD—SCDMA 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)成為第三代移動(dòng)通信系 統(tǒng)的核心技術(shù)之一。 PLD 的發(fā)展和應(yīng)用，不僅簡(jiǎn)化了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程、降低了系統(tǒng)的體積和成本、提高了系統(tǒng)的可靠性和保密性，而且使用戶從被動(dòng)地選用廠商提供的通用芯片發(fā)展到主動(dòng)地投入到對(duì)芯片的設(shè)計(jì)和使用，從根本上改變了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，使各種邏輯功能的實(shí)現(xiàn)變得靈活、方便。 搜索文檔 ：基于 FPGA 實(shí)現(xiàn) CDMA 擴(kuò)頻通信中同步系統(tǒng) 2 國(guó)內(nèi)外研究水平和發(fā)展趨勢(shì) 擴(kuò)頻技術(shù)的產(chǎn)生 擴(kuò)頻技術(shù)的最初構(gòu)想是在第二次世界大戰(zhàn)期間形成的。另一方面，直接擴(kuò)頻技術(shù)起源于導(dǎo)航系統(tǒng)中高精度測(cè)距。麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室開發(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)。在此期間，噴氣實(shí)驗(yàn)室 (JPL)在其空間任務(wù)中完成了偽碼產(chǎn)生器的設(shè)計(jì)以及跟蹤環(huán)路的設(shè)計(jì)。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。 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。1996 年 ， CDMA(Code Division Multiple Aeeess)系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)。 擴(kuò)頻技術(shù)的應(yīng)用 擴(kuò)頻通信技術(shù)最初是在軍事抗干擾通信中發(fā)展起來的，后來又在移動(dòng)通信中得到廣泛的應(yīng)用 ，因此擴(kuò)頻技術(shù)的歷史經(jīng)歷了兩個(gè)發(fā)展階段，而目前它在這兩個(gè)領(lǐng)域仍占據(jù)重要的地位。 擴(kuò)頻技術(shù)的最 初構(gòu)想是在第二次世界大戰(zhàn)期間形成的。戰(zhàn)后得出了 “最好的抗干擾措施就是好的工程設(shè)計(jì)和擴(kuò)展工作頻率 ”的結(jié)論。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。麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室開發(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)。在此期間，噴氣實(shí)驗(yàn)室（ JPL）在其空間任務(wù)中完成了偽碼產(chǎn)生器的設(shè)計(jì)以及跟蹤環(huán)路的設(shè)計(jì)。而個(gè)人通信業(yè)務(wù)（ PCS）東華 理工大學(xué) 3 的發(fā)展終于 使擴(kuò)頻技術(shù)迎來了另一次大發(fā)展的機(jī)遇。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。 擴(kuò)頻技術(shù)最初在無繩電話中獲得成功應(yīng)用，因?yàn)楫?dāng)時(shí)已經(jīng)沒有可用的頻段供無繩電話使用，而擴(kuò)頻通信技術(shù)允許與其它通信系統(tǒng)共用頻段，所以擴(kuò)頻技術(shù)在無繩電話的通信系統(tǒng)中獲得了其在民用通信系統(tǒng)中應(yīng)用的第一次成功經(jīng)歷。 90 年代初 ， 在第一代模擬蜂窩通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了 PCS 研究的熱潮。當(dāng)時(shí)頻譜資源的分配已經(jīng)是非常擁擠，不存在還未分配且可用的一段寬達(dá) 100 MHz 的頻譜資源。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換用其它頻段來為 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。 擴(kuò)頻技術(shù)為共享頻譜提供了可能。利用擴(kuò)頻碼的自相關(guān)特性能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)給定用戶信號(hào)的正確接收；將其他用戶的信號(hào)看作干擾，利用擴(kuò)頻碼的互相關(guān)特性，能夠有效抑制用戶之間的 干擾。由于采用 CDMA 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)與傳統(tǒng)用戶共享頻譜，因此它也就成為 PCS 首選的多址方案。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。一般而言，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，而直擴(kuò)系統(tǒng)則主要是一種民用技術(shù)。而直擴(kuò)系統(tǒng)，即 DSCDMA 系統(tǒng)，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用則成為擴(kuò)頻技術(shù)的主流。而在目前所有建議的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（ 3G）標(biāo)準(zhǔn)中（除了 EDGE）都采用了某種形式的 CDMA。 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)鍵問題。同步過程分為兩步來實(shí)現(xiàn) :首先是捕獲階段，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收信號(hào)中偽碼的粗跟蹤；然后是跟 蹤階段，實(shí)現(xiàn)對(duì)偽碼的精確跟蹤。 目前對(duì)碼捕獲的研究主要集中在對(duì)周期較長(zhǎng)的碼實(shí)現(xiàn)捕獲的問題，也就是快速捕獲的問題。而現(xiàn)在大規(guī)模集成電路的應(yīng)用使并行捕獲方案成為可能，但系統(tǒng)的復(fù)雜度很高，因此研究的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)碼捕獲時(shí)間性能和系統(tǒng)復(fù)雜度之間的折衷。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。傳統(tǒng)的 CDMA 接收機(jī)是由一系列單用戶檢測(cè)器組成，每個(gè)檢測(cè)器都是與特定擴(kuò)頻碼對(duì)應(yīng)的相關(guān)器，它并沒有考慮多址干擾的結(jié)構(gòu)，而是把來自其它用戶的干擾當(dāng)成加性噪聲，因此當(dāng)用戶數(shù)量增加時(shí)，其性能急劇下降。但是最優(yōu)的多用 戶接收機(jī)，其復(fù)雜度隨用戶數(shù)量成指數(shù)增長(zhǎng)，因此在實(shí)際通信系統(tǒng)中幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。 目前研究的次最優(yōu)多用戶檢測(cè)器主要可分為兩大類：線性檢測(cè)器和反饋檢測(cè)器?？紤]信道編碼的多用戶接收機(jī)又可以分為非迭 代接收機(jī)和迭代接收機(jī) 。這些信息可以通過發(fā)送導(dǎo)頻序列獲得，但使用導(dǎo)頻序列就降低了系統(tǒng)的頻譜利用效率，因此不使用導(dǎo)頻序列的多用戶 檢測(cè)方法，又稱為盲多用戶檢測(cè)器，也正在得到深入的研究 。軍事通信抗干擾的驅(qū)動(dòng)以及個(gè)人通信業(yè)務(wù)的驅(qū)動(dòng)使得擴(kuò)頻技術(shù)的抗干擾性能和碼分多址能力得到最大限度的挖掘。 3G 設(shè)計(jì)的目標(biāo)主要是支持多媒體業(yè)務(wù)的高速數(shù)據(jù)傳輸，因此其研究主要集中在新標(biāo)準(zhǔn)和新硬件的開發(fā)。但是從用戶的觀點(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)人都能通過一個(gè)終端進(jìn)行通信，而 要在人周圍的家庭、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。目前實(shí)現(xiàn) 4G 觀點(diǎn)主要有 2 種：東華 理工大學(xué) 5 一種是開發(fā)新的無線接口和技術(shù)；另一種則是集成現(xiàn)有的及未來的無線系統(tǒng)。而另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為，更重要的是將現(xiàn)有的和未來的通信系統(tǒng)集成，其中的網(wǎng)絡(luò)包括無線局域網(wǎng)（ WLANs）、無線個(gè)域網(wǎng)（ WPANs）、 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò) 以及家庭局域網(wǎng)等，其中連接的設(shè)備則包括便攜式移動(dòng)終端、固定設(shè)備、個(gè)人電腦以及娛樂設(shè)備等。在 4G 網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)中，有的技術(shù)本身就是擴(kuò)頻技術(shù)的延伸，有的則能夠很好得與擴(kuò)頻技術(shù)結(jié)合，還有的則能用于擴(kuò)頻系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，因此這些新技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)著擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。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)。 在 3G 向 4G 轉(zhuǎn)變的過程中，要求實(shí)現(xiàn)無所不在的通信平臺(tái)，短距離無線設(shè)備和業(yè)務(wù)的設(shè)計(jì)、配置和應(yīng)用也達(dá)到前所未有的高度 。此外，未來無線通信系統(tǒng)對(duì)短距離通信的高速數(shù)據(jù)傳輸也會(huì)提出更高的要求，而高速數(shù)據(jù)傳輸帶來的最大問題就是頻譜資源緊缺。 UWB 技術(shù)通過共享頻譜，而不是尋找目前存在但實(shí)用性不高的頻譜來實(shí)現(xiàn)短距離高速數(shù)據(jù)傳輸，它有效地解決了頻譜分配問題，因此自 從 FCC 在 2020 年 2 月 14 日頒布了將UWB 技術(shù)用于商用的法規(guī)以后， UWB 技術(shù)的研究熱潮始終高漲。傳統(tǒng)的無線通信技術(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）。正是由于其獨(dú)特的工作原理使它具備下列優(yōu)點(diǎn)：隱蔽性好；極低的截獲率；處理增益高；多徑分辨能力強(qiáng)；傳輸速率高；系統(tǒng)容量大；低功耗等。 多載波調(diào)制技術(shù) 多載波調(diào)制技術(shù)，即正交頻分多址（ OFDM），是一種有效的傳輸高速數(shù)據(jù)的方法，它已經(jīng)成為一系列重要的高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。 在傳統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，符號(hào)是順序發(fā)射的，每個(gè)數(shù)據(jù)符 號(hào)的頻譜都可以占用整個(gè)可用頻譜。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。同時(shí)，這個(gè)等待周期要求信號(hào)采樣速率降低到比延時(shí)擴(kuò)展的倒數(shù)小得多的搜索文檔 ：基于 FPGA 實(shí)現(xiàn) CDMA 擴(kuò)頻通信中同步系統(tǒng) 6 情況以防止符號(hào)間干擾。 為了解決串行系統(tǒng)遇到的許多困難，采用并行或多路數(shù)據(jù)系統(tǒng)是一種可能的解決方案。在這樣的系統(tǒng)中，單個(gè)數(shù)據(jù)元素的頻譜通常只占用整個(gè)可用頻譜的一部分。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。 組合 CDMA和 OFDM的多載波 CDMA方案主要可分為兩大類：一種是頻域擴(kuò)展系統(tǒng)，即 MCCDMA（ Multicarrier CDMA），也稱為 OFDMCDMA；另一種則是時(shí)域擴(kuò)展系統(tǒng)，包括 MCDSCDMA 以及 MTCDMA（ Multitone CDMA）。時(shí)域擴(kuò)展的多載波調(diào)制方案又可分為兩類。 MTCDMA的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)與 MCDSCDMA 相似，不過它采用的擴(kuò)頻碼周期更長(zhǎng)。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)未來無線通信系統(tǒng)的要求。 軟件無線電