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基于FPGA的直扩接收机伪码同步跟踪技术的研究

作　者: 程乐
导　师: 郭勇
学　校: 成都理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 扩频通信码分多址 PN码同步跟踪技术
分类号: TN851
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 246次
引　用: 2次
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内容摘要

扩频通信,即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication),它与光纤通信、卫星通信,一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。随着个人通信业务的发展以及全球定位系统的应用,到目前为止,使用扩频技术的用户已经超过一亿。20世纪80年代末,全球范围通信技术从模拟向数字蜂窝的突然转变,使欧洲的GSM数字技术得以迅速推广,占据了无可争议的市场领先地位。几乎与GSM技术同时诞生的还有CDMA技术。CDMA(Code Division Multiple Access)是在扩频通信技术的基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。正是由于它是以扩频通信技术为基础的,能够更加充分的利用频谱资源,更加有效的解决频谱短缺问题,因此被视为是实现第3代移动通信的首选。它有着抗干扰性能好,抗多径衰落能力强,系统容量增大,通信质量好等优点。而PN码序列同步是扩频系统特有的,也是扩频技术中的难点。CDMA系统要求接收机的本地伪随机码与接收到的PN码在结构、频率和相位上完全一致,否则就不能正常接收所发送的信息,接收到的只是一片噪声。因此,PN码序列的同步是CDMA扩频通信的关键技术。PN码的同步分为两个步骤:捕捉和跟踪。捕捉又称为起始同步,完成伪随机码的粗同步,使本地扩频码与接收扩频码的相位差小于一个码元间隔。跟踪又称为精同步,它是在捕捉的基础上使收发双方的伪随机码的相位误差进一步减少,保证收端的伪随机码相位一直跟随接收到的伪随机码的相位,在一允许范围内变化。随着软件无线电技术的快速发展,传统的基于复杂模拟硬件的接收设备逐渐被数字IC产品所替代,FPGA作为ASIC产品原型设计的可编程逻辑器件,以其丰富的逻辑资源和可重新配置的优势,成为人们前期研究与开发的重要手段。本文从直接序列扩频接收机的整体设计入手,提出了FPGA实现方案并建立了基于Altera Cyclone II EP2C20Q240C8N FPGA的软件无线电系统,对工程实践有一定的指导意义。Cyclone II系列FPGA芯片从根本上针对低成本进行设计,为成本敏感的大批量应用提供用户定制特性,并以低于ASIC的成本实现了高性能和低功耗。其密度分布范围广,含有丰富的存储器和嵌入式乘法器,并提供多种封装选择。Cyclone II器件还支持低成本应用中常见的各种外部存储器接口和I/O协议,参数化IP内核简化了接口和协议应用。本文详细分析了三种伪码同步跟踪方法的特点,并利用matlab和verilog程序进行了系统性的仿真。完成的工作如下:(1)较详细阐述了扩频接收机的设计原理以及伪随机码的产生方法,并给出了利用matlab和verilog两种不同方式生成伪随机码的详细过程。(2)从系统角度分析了扩频接收机设计的流程,以及各部分的主要功能,并就重点技术做了详细的阐述。(3)利用FPGA为核心的开发平台进行软件无线电的开发,从软件方面来验证系统的功能。(4)着重分析了三种不同的伪码同步跟踪方式,并利用其中的延迟锁定环做了系统性的联合仿真。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章前言  10-13
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 本文主要工作与国内外发展近况  11-13
第二章扩频通信技术现状与分析  13-34
  2.1 扩频通信基本原理  13-17
    2.1.1 直接序列系统  14-15
    2.1.2 跳频扩频通信系统  15-16
    2.1.3 跳时扩频通信系统  16-17
  2.2 扩频序列  17-25
    2.2.1 M 序列  18-19
    2.2.2 M 序列的性质  19-22
    2.2.3 GOLD 序列  22-25
  2.3 直扩系统同步捕获和跟踪  25-34
    2.3.1 伪随机码的同步捕获  25-26
    2.3.2 扩频码的同步捕获原理  26-28
    2.3.3 匹配滤波器同步捕获法  28-33
    2.3.4 伪随机码同步跟踪  33-34
第三章系统总体设计  34-44
  3.1 系统参数及设计框图  34
  3.2 FPGA 芯片选择  34-37
  3.3 数字下变频  37-39
  3.4 载波同步  39-41
  3.5 M 序列的构造  41-44
第四章延迟锁定环（DDL）跟踪回路  44-54
  4.1 延迟锁定跟踪环路的理论基础  44-50
  4.2 回路的噪声性能  50-53
  4.3 延迟锁定环MATLAB仿真  53-54
第五章 t -抖动超前-滞后非相干跟踪回路  54-60
  5.1 t -抖动环的组成及等效回路  54-55
  5.2 t -抖动环的跟踪性能  55-60
第六章双抖动超前-滞后非相干跟踪回路  60-63
第七章仿真与结果分析  63-65
  7.1 系统总体仿真  63-64
    7.1.1 MATLAB系统仿真  63
    7.1.2 VERILOG程序整体仿真  63-64
  7.2 创新点  64
  7.3 完成的工作及展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-67
攻读学位期间取得的学术成果  67-68
附录A 仿真程序代码  68-81
  A.1 MATLAB 系统仿真程序  68-71
  A.2 VERILOG系统仿真程序  71-81

基于FPGA的直扩接收机伪码同步跟踪技术的研究

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