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基于时分多址的扩频调制解调器研究与实现

作　者: 许昊
导　师: 赵洪林
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 直接序列扩频 数字匹配滤波器 QPSK调制解调 FPGA
分类号: TN914.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


由于扩频通信系统具有其它系统所不及的优点，如抗干扰性强、低截获率、保密性好、测量时精度高、易于实现码分多址、抗多径干扰等。因此，扩频通信系统经过研究发展，已经得到了民用和军用通信领域高度的重视和普遍的应用。时分多址要求系统要在极短的时间内完成同步并能开始正常接收数据，这就对扩频通信系统的同步提出了更高的要求。本文开始先对扩频通信系统的基本原理和已有研究情况进行了介绍。接着对QPSK调制解调技术和扩频系统同步进行了研究。扩频系统的同步包含3个过程，即载波同步、码同步、位同步。根据以上所述确立了本文的重点研究内容：直接序列扩频通信系统中的同步技术选择和其调制解调系统的FPGA实现。本文对扩频码序列的同步捕获和跟踪进行了研究。由于本文的扩频系统是基于时分多址通信的，对同步速度要求很高，故需要通过对各种扩频码同步捕获方法进行研究和对比，来选择适合本文课题背景的捕获方法。最终选择数字匹配滤波器作为本文的扩频码捕获方法。同时为了减少系统占用的硬件资源，采用折叠型数字匹配滤波器，折叠型数字匹配滤波器是通过提高工作频率来对移位寄存器进行复用来减少资源消耗的。在扩频码跟踪阶段使用延迟锁定环来进一步减少本地产生的扩频码序列和接收到的扩频码序列间的相位差。本文还研究了采用由锁频环和锁相环组合的载波同步方法，其中锁频环采用叉积自动频率控制跟踪环，锁相环采用科斯塔斯环，通过它们之间依据相位差的相互切换来完成对载波的同步，并简述了同步流程和数学推导。最终通过ISE编译环境设计和实现了直接序列扩频通信系统的各个模块，包括发送端的发送数据产生器、映射模块、扩频码发生器和扩频码调制、数字上变频。接收端的数字下变频、载波相乘、数字匹配滤波器、扩频码跟踪环路、扩频码发生器、载波同步环路、差分译码等。并通过时序仿真给出了各模块的结果。最终通过硬件调试在XILINX的VIRTEXIIPROXC2VP30芯片上实现本文所设计的系统。并利用在线逻辑分析仪验证了系统的可行性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 本文的主要研究内容和结构  12-13
第2章 扩频通信系统的基本理论  13-26
  2.1 扩频通信系统的基本原理  13-16
    2.1.1 扩频通信系统的理论基础  13-14
    2.1.2 扩频通信系统的特点  14-16
  2.2 直接序列扩频通信系统  16-19
    2.2.1 直接序列扩频系统的系统结构  16
    2.2.2 信号分析  16-19
  2.3 伪随机序列  19-21
  2.4 QPSK调制解调技术  21-24
    2.4.1 QPSK调制技术  21-22
    2.4.2 QPSK解调技术  22-23
    2.4.3 载波同步技术  23-24
  2.5 多址技术  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第3章 基于时分多址的直扩系统扩频码同步方案  26-43
  3.1 扩频码捕获算法分析  26-38
    3.1.1 序列相位搜索捕获法  26
    3.1.2 滑动相关法  26-30
    3.1.3 双积分滑动相关捕获法  30-31
    3.1.4 基于FFT的扩频码相位并行捕获  31-34
    3.1.5 数字匹配滤波器  34-38
  3.2 改进数字匹配滤波器结构  38-40
  3.3 扩频码的跟踪方法  40-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章 直扩通信系统调制解调的设计与实现  43-59
  4.1 系统指标和参数  43
  4.2 扩频系统发送端模块设计与实现  43-47
    4.2.1 发送数据产生器  44
    4.2.2 映射模块  44-45
    4.2.3 扩频码发生器与扩频调制模块  45-46
    4.2.4 数字上变频  46-47
  4.3 接收端模块设计与实现  47-57
    4.3.1 数字下变频和载波相乘  49-51
    4.3.2 数字匹配滤波器及捕获判决模块  51-52
    4.3.3 扩频码跟踪及扩频码发生器  52-53
    4.3.4 载波同步  53-56
    4.3.5 差分译码及并串转换  56-57
  4.4 FPGA硬件验证  57-58
  4.5 本章小结  58-59
结论  59-61
参考文献  61-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信系统（传输系统） > 跳频与扩展频谱通信系统 > 扩频通信
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