直接序列扩频与QPSK调制的FPGA设计与实现.pdfVIP

直接序列扩频与QPSK 调制的FPGA 设计与实现 齐雪明，王莹 北京邮电大学电信工程学院，北京（100876 ） E-mail: qxm1123@ 摘 要：扩频频谱通信技术因为其优良性能目前得到广泛应用，其系统的特点是占用频带宽 度远远大于要传输的原始信号的带宽，且与原始信号带宽无关。本文设计了一种直接序列扩 频的结构，采用m 序列作为扩频序列，最后通过硬件描述语言Verilog HDL 在QuartusII 上 实现了其仿真模型，具有一定的实用价值。 关键词：扩频，FPGA ，Verilog HDL 1. 扩频通信技术的原理 扩频通信传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。除此以外，扩频通信还具有 如下特征: 它是一种数字传输方式； 带宽的展宽是利用与被传信息无关的函数(扩频函数) 对被传信息进行调制实现的；在接收端使用相同的扩频函数对扩频信号进行相关解调，还原 出被传信息。 扩频通信的理论基础是，根据香农定理 C＝W×log2 [1+(S/N)] 为了提高信息的传输速率C，可以从两种途径实现，即加大带宽W 或提高信噪比S/N 。换句 话说，当信号的传输速率C 一定时，信号带宽 W 和信噪比S/N 是可以互换的，即增加信号 带宽可以降低对信噪比的要求。当带宽增加到一定程度，允许信噪比进一步降低，有用信号 功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能的。扩频通信就是用宽带传输技术来换取信 噪比上的好处，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。具体的复杂的公式推导请见参考文 献[1]。 2. 扩频通信系统的模型 扩频通信系统的简单的模型如图 1 所示。在这个模型中发送端简化为调制和扩频，接 收端简化为解扩和解调。在发送端，基带信号的频谱通过调制搬移到适合在信道传输的频率 范围，再通过扩频将信号的频带展宽，从而提高系统的性能；而在接收端采用与发送端完全 相同的扩频码进行相关解扩，再通过解调将其频谱搬回到原来基带信号的频率范围。 调制 扩频 信道 解扩 解调 输出 PN 码 PN 码 图1 简单的扩频通信系统模型 3. 扩频模块的设计 3.1 m 序列发生器的设计 直接序列扩频技术的原理是将要传送的信息经过伪随机序列编码后对载波进行调制。 - 1 - 因为伪随机序列的速率（也称码片速率）远远大于要传送的信息的速率，所以，已调制的信 号的频谱宽度将大于要传送信息的频谱宽度。考虑到系统的性能和带宽要求，在此选择 15 阶的伪随机序列。 可以用作扩频序列的伪随机序列有很多种，如m 序列、Gold 序列、M 序列等[2]，但 是出于系统简化和提高系统性能的考虑，在此采用m 序列。 m 序列，又称为最大长度线性反馈移位寄存器序列，其优点是：游程分布类似随机序 列的游程分布，即0 游程和 1 游程各占一半；有良好的自相关特性，即自相关序列为二值序 列，且其自相关峰远大于其它部分。其缺点是互相关函数是多值的，没有尖锐的二值特性， 但是，在本系统中 m 序列不用于做地址码、不用来区分不同用户，所以这个缺点不影响系 统的性能。 由于m 序列的周期为 P ＝2n －1 所以，若想得到15 阶的扩频码，则需要n ＝4 的m 序列，即满足要求的m 序列发生器的寄 存器个数为4 个，查表可知该m 序列发生器的反馈系数为(23) ，表示为二进制数是(010011) 。 8 2 由这