直接扩频通信同步系统的FPGA设计与实现

摘要：对直接扩频通信同步系统进行了研究，使用PN码作为扩频序列，利用其良好的自相关性，提出一种新式的滑动相关法使收发端同步，并给出该系统的FPGA实现方法。利用ISE 10．1开发软件仿真验证，证明此方法可以提高运算速度，减少捕获时间。
关键词：扩频通信；滑动相关；FPGA

0 引言
扩频通信系统具有容量大、抗干扰能力强、保密性好等优点。但是如果收发两端PN码的频率和相位不同步，解扩后的数据只是一片噪声。扩频通信系统的关键技术之一PN码同步包含捕获和跟踪两个过程，本文只对捕获过程做重点研究。
最简单的串行捕获方法是滑动相关法，本文在原有方法上加以改进，使得捕获的速度更快，实时性更强。

1 滑动相关的基本原理
滑动相关法是利用PN码良好的相关特性，在接收端与发送端相位不对齐时相关值很小，而当它们相位对齐时做相关运算会输出一个很大的峰值。
如图1所示，接收信号与本地产生的PN码做相关运算，如果计算结果小于预设门限值，则门限鉴别器会控制PN码移位控制时钟，在此时钟驱动下，码产生器产生的伪随机序列移动一个相位继续和接收信号做相关运算。直到计算结果大于某一门限值时，表示完成对接收信号的捕获，门限鉴别器就不再控制PN码移位，而给跟踪单元使能信号，让跟踪单元开始工作。

这种方法最大的优点是实现简单，但是如果接收信号和本地PN码不对齐，需要不断对本地码移位并重新计算判决，速度慢，实时性不好，本文对滑动相关法进行改进，系统性能提高明显。

2 改进滑动相关法的FPGA实现
改进滑动相关捕获法的FPGA实现包括以下模块：信号存储模块、PN码存储模块、乘法器模块、积分器模块和门限鉴别模块。原理框图如图2所示。

采样得到的接收信号存于信号存储器中，本地PN码不再由PN码产生器生成，而是事先存于FPGA内部的存储器中。相关运算时不滑动本地PN码，直接由存储器中读取，每采样一次滑动一次接收端存储单元数据，通过后续单元并行计算并完成一次相关判决，这样可以提高运算速度，发端发完一组完整PN码就可以完成信号的捕获。算法每个单元具体实现过程将在下文具体阐述。