對直接序列擴頻信號接收技術(shù)的相關(guān)研究
2014-06-18 02:32:46張華杰
新媒體研究 2014年6期
張華杰
摘 要 不管是在民用通信還是軍事通信，直接序列擴頻的應(yīng)用都非常廣泛。文章簡要介紹了直接序列擴頻技術(shù)的發(fā)展，其中著重介紹的數(shù)字直接序列擴頻接收技術(shù)是基于FPGA大規(guī)模可編程芯片的，并對該數(shù)字接收機模型進(jìn)行了研究，最后給出了該數(shù)字接收機的實際測量數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞 直接序列擴頻；FPGA；數(shù)字接收機；軟件無線電；抗干擾
中圖分類號：TN914.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0190-01
不管在軍用還是民用通信領(lǐng)域中，擴展頻譜通信都得到了很廣泛的應(yīng)用，其具有抗干擾、低截獲概率、抗多徑等很多優(yōu)點。在現(xiàn)代通信技術(shù)不斷發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的聲表面波器件基本不能滿足不同的信息傳輸需求，比如根據(jù)不同的通信環(huán)境，選擇不同的擴頻因子及信息傳輸速率。為滿足這一要求，對擴展頻譜通信系統(tǒng)的靈活性提出了較高的要求，不同的信息傳輸需要有靈活的硬件電路結(jié)構(gòu)提供支持。在大規(guī)模的集成電路以及現(xiàn)場可編程器件的不斷發(fā)展的條件下，具有高靈活度的全數(shù)字化直接序列擴頻接收機才有可能實現(xiàn)。
以軟件無線電思想為基本思想，本文對全數(shù)字化的、能夠編程的直接序列擴頻接收機進(jìn)行了介紹。給出了直接擴頻數(shù)字接收機的數(shù)學(xué)模型以及FPGA 實現(xiàn)并對其進(jìn)行了實際測量，這也是本文的重點所在。
1 直接擴頻數(shù)字接收機數(shù)學(xué)模型
如圖1所示，其為數(shù)字化中頻直接序列擴頻接收機的結(jié)構(gòu)模型。此結(jié)構(gòu)圖模擬的是中頻信號，主要包含：首先，AD采樣；其次，轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號送入FPGA內(nèi)，且在FPGA內(nèi)完成多種運算，其中包括正交數(shù)字下變頻、脈沖成形匹配濾波、數(shù)字低通濾波、快速PN碼匹配濾波、載波同步、PN碼同步、信號解調(diào)等。在接收端經(jīng)正交下變頻之后，收到的復(fù)基帶信號可用公式（1）表示，如下：
（1）
其中各個符號的含義如下所示：
k：采樣時刻，即在哪一時刻進(jìn)行的采樣；M：傳送符號的數(shù)量；dm：第m個信息符號；N：擴頻因子；c[n]：擴頻編碼；f：接收端與發(fā)送端的頻率差值；pt（k）：發(fā)送端的脈沖成形器；n（k）：白噪聲。
經(jīng)脈沖成形以及PN 碼匹配濾波器后的輸出為：
（2）
各個符號的含義如下所示：
m：第m個信息；pr（k）：收端匹配濾波器；v（k）：匹配濾波后的復(fù)基帶信號；c[n-mN]：接收端的復(fù)共軛擴頻碼。
在接收端精確的完成了載波同步及PN 碼匹配的前提條件下，如果發(fā)送端采用的雕制方式為DBPSK調(diào)制，那么經(jīng)過差分檢測后，則可以用公式（3）表示恢復(fù)出的原始信息：
圖1 直接序列擴頻接收機的結(jié)構(gòu)
（3）
2 FPGA 實現(xiàn)及其實際測量數(shù)據(jù)
根據(jù)前面所介紹的數(shù)學(xué)模型及相關(guān)算法，我們實現(xiàn)了了一種能夠?qū)崿F(xiàn)最佳通信效果的直接序列擴頻接收機，該接收機采用了大規(guī)模FPGA芯片，具有較高的靈活度，它可以依據(jù)無線信道的通信質(zhì)量，實時的調(diào)整信息傳輸速率與擴頻因子，實現(xiàn)通信的最佳配置。
擴頻因子分別是1023、512與31時的相關(guān)峰測量值如圖2所示。由圖能夠得出，擴頻因子不同時，性能的差異較大。較低的擴頻因子，對應(yīng)的相關(guān)峰幅值很低，性能較差，對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸率較高；較高的擴頻因子，對應(yīng)的相關(guān)峰幅值較高，性能較好，幾乎不受噪聲的影響，對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸率比較低。
圖2 DSSS 數(shù)字接收機的實際測量數(shù)據(jù)
3 結(jié)論
本文首先簡要介紹了直接序列擴頻技術(shù)的發(fā)展，并對該數(shù)字接收機模型進(jìn)行了深入研究，最后給出了該數(shù)字接收機的實際測量數(shù)據(jù)。不同通信環(huán)境下，文中所提到的數(shù)字化直接序列擴頻接收機可以實時的調(diào)整信息傳輸速率與擴頻因子，實現(xiàn)通信的最佳配置。
參考文獻(xiàn)
[1]Luca Fanucci，et al.VLSI Implementation of a CDMA Blind Adaptive Interference -Mitigating Detector[J].IEEE JSAC，2001，19（2）：179-190.
[2]Y Suzuki， et al.DS -CDMA Rake Receiver with Time window Control Loop（TWCL） in Multipath Fading Enviroment[J].IEEE trans.On Vehicular Technology，2000，49（1）：167-172 .
[3]J G Proakis，et al.Digital Communication[M].北京：電子工業(yè)出版社，1999：333-360.
[4]M K Simon，et al.Spread Spectrum Communication Handbook[M].北京：人民郵電出版社，2002：903-956.endprint
摘 要 不管是在民用通信還是軍事通信，直接序列擴頻的應(yīng)用都非常廣泛。文章簡要介紹了直接序列擴頻技術(shù)的發(fā)展，其中著重介紹的數(shù)字直接序列擴頻接收技術(shù)是基于FPGA大規(guī)模可編程芯片的，并對該數(shù)字接收機模型進(jìn)行了研究，最后給出了該數(shù)字接收機的實際測量數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞 直接序列擴頻；FPGA；數(shù)字接收機；軟件無線電；抗干擾
中圖分類號：TN914.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0190-01
不管在軍用還是民用通信領(lǐng)域中，擴展頻譜通信都得到了很廣泛的應(yīng)用，其具有抗干擾、低截獲概率、抗多徑等很多優(yōu)點。在現(xiàn)代通信技術(shù)不斷發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的聲表面波器件基本不能滿足不同的信息傳輸需求，比如根據(jù)不同的通信環(huán)境，選擇不同的擴頻因子及信息傳輸速率。為滿足這一要求，對擴展頻譜通信系統(tǒng)的靈活性提出了較高的要求，不同的信息傳輸需要有靈活的硬件電路結(jié)構(gòu)提供支持。在大規(guī)模的集成電路以及現(xiàn)場可編程器件的不斷發(fā)展的條件下，具有高靈活度的全數(shù)字化直接序列擴頻接收機才有可能實現(xiàn)。
以軟件無線電思想為基本思想，本文對全數(shù)字化的、能夠編程的直接序列擴頻接收機進(jìn)行了介紹。給出了直接擴頻數(shù)字接收機的數(shù)學(xué)模型以及FPGA 實現(xiàn)并對其進(jìn)行了實際測量，這也是本文的重點所在。
1 直接擴頻數(shù)字接收機數(shù)學(xué)模型
如圖1所示，其為數(shù)字化中頻直接序列擴頻接收機的結(jié)構(gòu)模型。此結(jié)構(gòu)圖模擬的是中頻信號，主要包含：首先，AD采樣；其次，轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號送入FPGA內(nèi)，且在FPGA內(nèi)完成多種運算，其中包括正交數(shù)字下變頻、脈沖成形匹配濾波、數(shù)字低通濾波、快速PN碼匹配濾波、載波同步、PN碼同步、信號解調(diào)等。在接收端經(jīng)正交下變頻之后，收到的復(fù)基帶信號可用公式（1）表示，如下：
（1）
其中各個符號的含義如下所示：
k：采樣時刻，即在哪一時刻進(jìn)行的采樣；M：傳送符號的數(shù)量；dm：第m個信息符號；N：擴頻因子；c[n]：擴頻編碼；f：接收端與發(fā)送端的頻率差值；pt（k）：發(fā)送端的脈沖成形器；n（k）：白噪聲。
經(jīng)脈沖成形以及PN 碼匹配濾波器后的輸出為：
（2）
各個符號的含義如下所示：
m：第m個信息；pr（k）：收端匹配濾波器；v（k）：匹配濾波后的復(fù)基帶信號；c[n-mN]：接收端的復(fù)共軛擴頻碼。
在接收端精確的完成了載波同步及PN 碼匹配的前提條件下，如果發(fā)送端采用的雕制方式為DBPSK調(diào)制，那么經(jīng)過差分檢測后，則可以用公式（3）表示恢復(fù)出的原始信息：
圖1 直接序列擴頻接收機的結(jié)構(gòu)
（3）
2 FPGA 實現(xiàn)及其實際測量數(shù)據(jù)
根據(jù)前面所介紹的數(shù)學(xué)模型及相關(guān)算法，我們實現(xiàn)了了一種能夠?qū)崿F(xiàn)最佳通信效果的直接序列擴頻接收機，該接收機采用了大規(guī)模FPGA芯片，具有較高的靈活度，它可以依據(jù)無線信道的通信質(zhì)量，實時的調(diào)整信息傳輸速率與擴頻因子，實現(xiàn)通信的最佳配置。
擴頻因子分別是1023、512與31時的相關(guān)峰測量值如圖2所示。由圖能夠得出，擴頻因子不同時，性能的差異較大。較低的擴頻因子，對應(yīng)的相關(guān)峰幅值很低，性能較差，對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸率較高；較高的擴頻因子，對應(yīng)的相關(guān)峰幅值較高，性能較好，幾乎不受噪聲的影響，對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸率比較低。
圖2 DSSS 數(shù)字接收機的實際測量數(shù)據(jù)
3 結(jié)論
本文首先簡要介紹了直接序列擴頻技術(shù)的發(fā)展，并對該數(shù)字接收機模型進(jìn)行了深入研究，最后給出了該數(shù)字接收機的實際測量數(shù)據(jù)。不同通信環(huán)境下，文中所提到的數(shù)字化直接序列擴頻接收機可以實時的調(diào)整信息傳輸速率與擴頻因子，實現(xiàn)通信的最佳配置。
參考文獻(xiàn)
[1]Luca Fanucci，et al.VLSI Implementation of a CDMA Blind Adaptive Interference -Mitigating Detector[J].IEEE JSAC，2001，19（2）：179-190.
[2]Y Suzuki， et al.DS -CDMA Rake Receiver with Time window Control Loop（TWCL） in Multipath Fading Enviroment[J].IEEE trans.On Vehicular Technology，2000，49（1）：167-172 .
[3]J G Proakis，et al.Digital Communication[M].北京：電子工業(yè)出版社，1999：333-360.
[4]M K Simon，et al.Spread Spectrum Communication Handbook[M].北京：人民郵電出版社，2002：903-956.endprint
摘 要 不管是在民用通信還是軍事通信，直接序列擴頻的應(yīng)用都非常廣泛。文章簡要介紹了直接序列擴頻技術(shù)的發(fā)展，其中著重介紹的數(shù)字直接序列擴頻接收技術(shù)是基于FPGA大規(guī)模可編程芯片的，并對該數(shù)字接收機模型進(jìn)行了研究，最后給出了該數(shù)字接收機的實際測量數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞 直接序列擴頻；FPGA；數(shù)字接收機；軟件無線電；抗干擾
中圖分類號：TN914.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0190-01
不管在軍用還是民用通信領(lǐng)域中，擴展頻譜通信都得到了很廣泛的應(yīng)用，其具有抗干擾、低截獲概率、抗多徑等很多優(yōu)點。在現(xiàn)代通信技術(shù)不斷發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的聲表面波器件基本不能滿足不同的信息傳輸需求，比如根據(jù)不同的通信環(huán)境，選擇不同的擴頻因子及信息傳輸速率。為滿足這一要求，對擴展頻譜通信系統(tǒng)的靈活性提出了較高的要求，不同的信息傳輸需要有靈活的硬件電路結(jié)構(gòu)提供支持。在大規(guī)模的集成電路以及現(xiàn)場可編程器件的不斷發(fā)展的條件下，具有高靈活度的全數(shù)字化直接序列擴頻接收機才有可能實現(xiàn)。
以軟件無線電思想為基本思想，本文對全數(shù)字化的、能夠編程的直接序列擴頻接收機進(jìn)行了介紹。給出了直接擴頻數(shù)字接收機的數(shù)學(xué)模型以及FPGA 實現(xiàn)并對其進(jìn)行了實際測量，這也是本文的重點所在。
1 直接擴頻數(shù)字接收機數(shù)學(xué)模型
如圖1所示，其為數(shù)字化中頻直接序列擴頻接收機的結(jié)構(gòu)模型。此結(jié)構(gòu)圖模擬的是中頻信號，主要包含：首先，AD采樣；其次，轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號送入FPGA內(nèi)，且在FPGA內(nèi)完成多種運算，其中包括正交數(shù)字下變頻、脈沖成形匹配濾波、數(shù)字低通濾波、快速PN碼匹配濾波、載波同步、PN碼同步、信號解調(diào)等。在接收端經(jīng)正交下變頻之后，收到的復(fù)基帶信號可用公式（1）表示，如下：
（1）
其中各個符號的含義如下所示：
k：采樣時刻，即在哪一時刻進(jìn)行的采樣；M：傳送符號的數(shù)量；dm：第m個信息符號；N：擴頻因子；c[n]：擴頻編碼；f：接收端與發(fā)送端的頻率差值；pt（k）：發(fā)送端的脈沖成形器；n（k）：白噪聲。
經(jīng)脈沖成形以及PN 碼匹配濾波器后的輸出為：
（2）
各個符號的含義如下所示：
m：第m個信息；pr（k）：收端匹配濾波器；v（k）：匹配濾波后的復(fù)基帶信號；c[n-mN]：接收端的復(fù)共軛擴頻碼。
在接收端精確的完成了載波同步及PN 碼匹配的前提條件下，如果發(fā)送端采用的雕制方式為DBPSK調(diào)制，那么經(jīng)過差分檢測后，則可以用公式（3）表示恢復(fù)出的原始信息：
圖1 直接序列擴頻接收機的結(jié)構(gòu)
（3）
2 FPGA 實現(xiàn)及其實際測量數(shù)據(jù)
根據(jù)前面所介紹的數(shù)學(xué)模型及相關(guān)算法，我們實現(xiàn)了了一種能夠?qū)崿F(xiàn)最佳通信效果的直接序列擴頻接收機，該接收機采用了大規(guī)模FPGA芯片，具有較高的靈活度，它可以依據(jù)無線信道的通信質(zhì)量，實時的調(diào)整信息傳輸速率與擴頻因子，實現(xiàn)通信的最佳配置。
擴頻因子分別是1023、512與31時的相關(guān)峰測量值如圖2所示。由圖能夠得出，擴頻因子不同時，性能的差異較大。較低的擴頻因子，對應(yīng)的相關(guān)峰幅值很低，性能較差，對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸率較高；較高的擴頻因子，對應(yīng)的相關(guān)峰幅值較高，性能較好，幾乎不受噪聲的影響，對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸率比較低。
圖2 DSSS 數(shù)字接收機的實際測量數(shù)據(jù)
3 結(jié)論
本文首先簡要介紹了直接序列擴頻技術(shù)的發(fā)展，并對該數(shù)字接收機模型進(jìn)行了深入研究，最后給出了該數(shù)字接收機的實際測量數(shù)據(jù)。不同通信環(huán)境下，文中所提到的數(shù)字化直接序列擴頻接收機可以實時的調(diào)整信息傳輸速率與擴頻因子，實現(xiàn)通信的最佳配置。
參考文獻(xiàn)
[1]Luca Fanucci，et al.VLSI Implementation of a CDMA Blind Adaptive Interference -Mitigating Detector[J].IEEE JSAC，2001，19（2）：179-190.
[2]Y Suzuki， et al.DS -CDMA Rake Receiver with Time window Control Loop（TWCL） in Multipath Fading Enviroment[J].IEEE trans.On Vehicular Technology，2000，49（1）：167-172 .
[3]J G Proakis，et al.Digital Communication[M].北京：電子工業(yè)出版社，1999：333-360.
[4]M K Simon，et al.Spread Spectrum Communication Handbook[M].北京：人民郵電出版社，2002：903-956.endprint
