基于FPGA的数字中频扩频收发机的研究与实现

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FPGA是目前硬件设计的研究热点之一。由于其具有逻辑单元丰富、集成度高以及可灵活配置等诸多优点,而被广泛应用于算法实现以及产品原型验证之中。特别是近年来随着现代微电子技术的长足发展,使得在FPGA硬件平台上设计实现功能更加复杂的数字通信系统成为可能。而扩频通信技术在军事通信与民用通信中都得到了广泛的应用,是目前第三代移动通信标准中的核心技术,已经成为各国研究与应用的焦点。在未来无线通信系统中,扩频通信技术也将充分发挥它的优越性,必将得到人们越来越多的关注。本课题将以FPGA为硬件载体,结合软件无线电技术设计实现数字中频扩频收发系统。本文首先介绍了数字中频扩频收发系统的整体结构及设计参数,对扩频码字、QPSK调制方式、加扰和解扰电路、差分编码以及差分解码等作了简单说明,同时对扩频收发系统中的关键组成部分的FPGA硬件实现的细节作了比较详尽的描述,并给出了具体的设计参数及仿真波形。由于同步技术在整个通信系统中占有核心的地位,是保证系统正常运行的根本,因此在文中对接收机中的载波同步、符号同步和扩频码同步的算法做了比较详细的理论分析,并且在理论研究的基础上提出了FPGA硬件实现方案。整个系统是以QuartusⅡ6.0作为软件开发平台,通过Verilog HDL语言编程以及调用Altera公司提供的IP Core加以实现的。对系统中的各部分硬件实现电路分别采用ModelsimSE仿真工具进行功能仿真和后仿真,并使用Debussy5.3波形观测工具对仿真波形进行分析并与理论结果比较,改进并优化设计。最后将发射系统和接收系统分别下载到CycloneⅡ系列FPGA芯片EP2C70F672C6和StratixⅡ系列FPGA芯片EP2S180F1020C3的开发板上进行调试,通过QuartusⅡ6.0内嵌的逻辑分析仪—SignalTapⅡ,实时观测系统的运行情况,同时采用示波器和频谱仪对系统中的关键信号进行观测分析,并获得硬件测试结果,得出有效结论。
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