直接序列扩频接收机同步研究及VHDL实现

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本文主要介绍了一种基于FPGA实现的直接扩频通信系统的基带接收处理,用于实现对低信噪比信号的捕获和跟踪,实现信息的可靠传输。实现扩频通信接收功能的硬件由天线、射频模块、基带处理模块等构成,本文涉及到的基带接收处理主要在集中在基带处理模块进行,实现采集信号的下变频、捕获、跟踪及载波同步等功能,完成信号的解扩及解调恢复出信息层数据。本文主要是实现扩频信号的解扩及解调,其功能模块均在FPGA内部通过VHDL硬件化语言编程实现。文章首先对扩频通信系统的原理进行了讲解,并对m、M及Gold等扩频序列进行了分析,描述了其特性及生成方式,对各自的自相关、互相关性能进行了仿真;然后讲解了扩频码的捕获及跟踪原理,并分析了滑动相关法及匹配滤波器两种捕获算法的优缺点与应用场景,提出了工程实现及优化方式;接下来对码环的超前滞后跟踪法(DLL)进行了原理分析,对三种不同鉴相算法进行了比较,分析了各自的优缺点,并通过仿真形成了各自的鉴别曲线;第四章对载波的同步和跟踪进行了原理及过程实现的分析,为了兼顾动态及高精度的要求,采用了锁频环(FLL)进行初同步,锁相环(PLL)进行载波的精确跟踪,也对多种的鉴频、鉴相算法进行了分析总结,形成了不同鉴别方式下的仿真曲线,并对环路滤波器的误差进行了分析描述;最后对实现码环及载波环的硬件平台进行了介绍,着重对基带处理部分的实现按功能对ADC、FPGA、ARM、时钟、DDR及电源各部分进行了详细描述,本节的另一个重点是对码环及载波环的软件实现,根据FPGA内部的数据流向,对数字下变频、码环的捕获及跟踪模块、载波环跟踪模块根据软件接口定义进行了详细叙述,并采用Matlab模拟生成了中频数据,结合vivado软件的仿真,实现了码的滑动捕获跟踪及载波环的跟踪,验证了VHDL代码的正确性。最后采用硬件加信号源的方式,对实物设备进行了测试验证,接收部分各项指标均达到要求,与仿真得出的结果基本一致,实现了产品化工作,并结合当前的实现情况,对下一步的研究内容提出了思路。
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