QPSK扩频接收机的研究及FPGA的实现

发布时间：2020-08-14 09:34

【摘要】：扩频通信一直以来都是信息时代飞速发展的前沿科技,凭借其在通信领域中占有诸多的优势,从军事级别的应用到个人业务的拓展,人们已经大范围的应用这项技术。软件无线电技术是一种用软件编程的方式来实现硬件平台上的功能,通过对软件的升级可以解决硬件的更新换代,将复杂的工程变得容易。本文系统的将扩频通信和软件无线电结合,实现直接序列扩频通信系统,使设计的成果更加贴近科技生活。本文根据软件无线电技术设计出一套可以接收和发送信息的扩频通信系统,针对码同步模块,主要包括码捕获和码跟踪的方案设计、MATLAB仿真和FPGA实现,同时提出一种在传统方法的基础上改进的分段求平方和的串行捕获法。此外还有对信源进行组帧设计、利用FIR滤波器进行成形滤波、对QPSK扩频信号进行调制和解调、用FIR滤波器进行匹配滤波、用Gardner算法完成位同步以及最后的帧同步模块。本文对这些主要模块进行FPGA实现,并用ModelSim进行仿真,和Chipscope在线逻辑分析仪对硬件调试的结果进行验证。
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN914.42;TN791
【图文】：

序列结构,本原多项式

第 2 章基本理论1( )1k lNR kk lNN = = ≠ （要设计一个产生小 m 序列的线性移位寄存器，需先明确本原多项式[26]资料的查询和多次测试，本设计采用 p = 1023为周期、 n = 10为级数的，当级数为 10 时，可查表得出 14 个本原多项式，通过上边的研究得出八进制表示为 2011，转换成二进制为 10000001001，所以对应的本原多2-2）。3 10f ( x ) = 1+ x + x（样，确定了特征多项式就可以得到如下的结构逻辑图，小 m 序列结构所示。

框图,调制原理,框图

cω 为系统载波的角频率。由于 QPSK 分为 I、Q 两路信号，再令：( ) ( )cosnnI t k t nTs ∞= ∞= （2-10）( ) ( )sinnnQ t k t nTs ∞= ∞= （2-11）这样代入式（2-9）得：( ) ( )cos( ) ( )sin( )c cs t = I t ω t Q t ωt（2-12）具体的调制方式为先将发射机发射的码元进行串、并转换，把一路二进制码流序列变成 I、Q 两路序列，并将序列的比特 0 和 1 变成符号的-1 和+1，再分别通过成形滤波器，转换成可调制的信号，提高频谱的利用率和消除码间干扰[35]，之后让调制后的信号反馈给载波并产生相位的变化，使载波与调制信号相乘完成调制的过程。QPSK 调制的原理框图如图 2-8 所示。

t图,原理框图

信号进行相乘，再分别经过匹配滤波器进行滤波操作，通常是经过低通滤波器恢复到中心频率的信号，然后判决器分别对两路信号进行符号判决，最后经过并/串转换电路恢复出已调信号中所包含的基带信号。QPSK解调的原理框图如图2-9所示。coscωtsincωt图 2-9 QPSK 解调原理框图Fig. 2-9 QPSK demodulation principle block diagram接下来对 QPSK 解调部分进行公式推导，令载波产生的相位差为 Δ ，I、Q 两路载波信号分别为sin(cω t+ Δ )和 cos(cω t+ Δ )，以 I 路信号为例，使用上边调制后的信号 s(t) ，得：'( ) ( )cos([ ( )cos( ) ( )sin( )]cos(cc c cI t s t tI t t Q t t tω )= ω ω ω )= + Δ + Δ（2-13）利用积分和差公式得：1'( ) [ ( )cos(2 ) ( )cos( ) ( )sin(2 ) ( )sin( )]2c cI t = I t ω t + Δ + I t Δ Q t ω t + Δ + Q tΔ （2-14）再通过匹配滤波器即低通滤波器将高频部分信号滤除，最后代入载波同步模块除去载波相位差 Δ ，得：1'(

【参考文献】