基于FPGA的扩频通信系统的实现

论文摘要

扩频通信技术是信息时代的三大高技术通信传输方式之一,与常规的通信技术相比,具有低截获率、强抗噪声、抗干扰性,具有信息隐蔽和多址通信等特点,目前已从军事领域向民用领域迅速发展。在民用化之后,它被迅速推广到各种公用和专用通信网络之中,如卫星通信、数据传输、定位、测距等系统中。扩频通信技术中,最常见的是直接序列扩频通信(DSSS)系统,然而目前专用扩频芯片大部分功能都已固化,缺少产品开发的灵活性。其次,目前用FPGA与DSP相结合实现的直接序列扩频的收发系统比较多,系统复杂且成本高。另外,现代扩频通信系统在接收和发送端需要完成许多快速复杂的信号处理,这对电路的可靠性和处理速度提出了更高的要求。因此,设计一个全部用FPGA技术实现的扩频通信收、发系统具有较强的实际应用价值。根据FPGA的高速并行处理能力和全硬件实现的特点,采用直接序列扩频技术,借助QuartusII 6.0及Protel99se工具,完成了系统的软件仿真和硬件电路设计。实验结果表明,比用传统的FPGA与DSP相结合实现方式,提高了处理速度,减少了硬件延时,同时采用了流水线技术,提高了系统并行处理的能力。并且系统功能可以通过程序来修改和升级,与专用扩频芯片相比,具有很大的灵活性。所有模块都集成在一个芯片中,提高了系统的稳定性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 课题的研究现状和发展趋势
• 1.2.1 扩频通信的研究现状
• 1.2.2 扩频通信技术的发展趋势
• 1.3 论文主要工作
• 第2章 扩频通信技术的基本原理
• 2.1 扩频通信技术的概念
• 2.2 扩频通信的理论基础
• 2.3 扩频通信的主要原理
• 2.3.1 直接序列扩频技术的基本原理
• 2.3.2 扩频通信的工作方式
• 2.3.3 伪随机序列的相关性
• 2.3.4 m 序列
• 2.4 扩频通信的主要性能指标
• 2.5 扩频通信的优点及应用
• 2.6 本章小结
• 第3章 直接序列扩频同步算法比较和选择
• 3.1 同步的必要性
• 3.2 捕获方法比较分析
• 3.2.1 单步进搜索法
• 3.2.2 滑动相关法
• 3.2.3 匹配滤波法
• 3.2.4 捕获方法优缺点比较
• 3.3 本章小结
• 第4章 直接序列扩频的硬件设计与实现
• 4.1 方案对比
• 4.2 性能指标
• 4.3 系统总体设计
• 4.4 系统硬件功能结构
• 4.5 发送机设计与实现
• 4.5.1 m 序列产生
• 4.5.2 通用异步接收发送器（UART）的设计
• 4.5.3 二进制差分相移键控（2DPSK）调制
• 4.5.4 扩频调制的实现
• 4.6 接收机设计与实现
• 4.6.1 位同步的提取
• 4.6.2 匹配滤波器的设计和实现
• 4.6.3 解扩部分实现
• 4.6.4 二进制差分相移键控（2DPSK）解调
• 4.7 本章小结
• 第5章 直扩系统硬件调试
• 5.1 上位机串口收发命令调试
• 5.2 FPGA 部分调试
• 5.3 调试中的问题及解决方法
• 5.4 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢