一种GSM监听系统的同步设计和FPGA实现

发布时间：2020-11-18 01:40

　　 通信规模的迅猛发展,使其与人们的生活变的息息相关,但随之而来的通信安全问题也不容忽视,所以基于GSM网络的监听系统在通信安全领域上面起着举足轻重的作用。对于GSM监听系统来说,同步的完成是基带信号处理首要且关键的一步,只有成功进行同步才能完成后续的解调译码过程,使得GSM监听系统实现对语音信号的监听。本文针对传统基于DSP平台的GSM监听系统监听路数过少的问题,设计了一种适合于FPGA平台的多路GSM监听系统同步方案。首先对GSM系统的同步算法进行了全面的研究和分析,对粗同步中的FFT法、包络检测法、相位差法和匹配相关法进行了仿真和性能对比,分析了其中的优缺点。将含有FB突发脉冲序列的静态AD数据取符号化后进行频域自相关操作,仿真结果表明相比于直接FFT法具有更好的抗噪声性能。然后研究了GSM监听系统的总体设计流程,在结合帧同步算法的基础上设计了FPGA同步部分模块。其中包括时钟模块、FCCH粗同步模块、解旋转模块、SCH精同步模块和TCH同步发送等子模块。利用ModelSim对上述子模块进行了时序仿真,并在Xilinx XC7K325T开发板上对模块设计的正确性进行了板级验证。其中对FCCH粗同步模块和SCH精同步模块进行了结构设计上的优化,不仅节约了资源而且减少了延迟。在TCH同步发送子模块上用了时分复用的方式进行设计,使得单块FPGA开发板能够监听32路语音信号。最后为了验证同步部分模块在整个GSM监听系统中运行的正确性,将各子模块与监听系统其余模块进行连接。通过实际环境的测试,该监听系统能稳定的对多路语音信号进行监听。说明本文所设计的GSM监听系统的同步部分是正确且有效的。
【学位单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5;TN791
【部分图文】：

尾比特(3)加密比特(39)加密比特(39)训练序列比特(64)尾比特(3)保护比特(8.25)SB脉冲序列结构尾比特(3)加密比特(57) 1 1加密比特(57)训练序列(26)尾比特(3)保护比特(8.25)NB脉冲序列结构 偷帧标志 偷帧标志尾比特(8) 训练序列(41)加密比特(36)尾比特(3)保护比特(68.25)AB脉冲序列结构尾比特(3)固定比特(57) 1 1固定比特(57)训练序列(26)尾比特(3)保护比特(8.25)偷帧标志 偷帧标志DB脉冲序列结构图 2.4 GSM 突发脉冲结构其中SB脉冲突发序列拥有固定64bit的训练序列[32,33]，其双极性化表示为：-1 1 -1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 1 1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 1-1 1 -1 1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 1 1 -1 -1 1 -1 -1。如图2.5所示为SB突发脉冲序列的自相关结果。

峰取得最大的时候，其左右的相关峰值，明显小于最大相关峰。由于本课题在实际的工程操作中为了减少多径的干扰，在实际的同步过程中用的是 SB 脉冲突发中间 54bit 训练序列与待检测数据进行匹配。如图 2.6 所示为 SB 中间 54bit 固定训练序列与 SB 全 64bit 训练序列互相关结果。图 2.6 SB 训练序列互相关由图 2.6 可知，实际工程当中取的 54bit 训练序列进行匹配的操作，在减少多径效应落在训练序列 64bit 数据上的同时，并不会影响匹配相关的效果。在NB 突发脉冲序列中含有 8 种和 SB 突发脉冲训练序列类似类型的固定 26bit 训练序列。其双极性化后的结果如表 2.1 所示。表 2.1 双极性化后 NB 8 种训练序列序号 双极性化后的序列0 1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 1 1 -1 1 1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 -11 1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 -1 -12 1 -1 1 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 1 1 1 1 -1 -1 -1 13 1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1

由于 NB 的脉冲突发序列与 SB 的脉冲突发序列具有类似的功能，所以其具有很好的自相关与互相关性。如图 2.7，2.8 所示为 NB 脉冲突发序列的自相关结果和实际工程中所用的 NB 中间 16bit 训练序列与全 26bit 训练序列，进行互相关的匹配结果。
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本文编号：2888185