滑動(dòng)相關(guān)法偽碼捕獲的FPGA實(shí)現(xiàn)

  　　捕獲方法3 （滑動(dòng)步進(jìn)為TC/2）

　　加脈沖移位法：
　　此方法是采用一個(gè)異或門，如圖5所示，使碼NCO的輸出CLK與一個(gè)信號(hào)異或輸出，此信號(hào)平時(shí)一直為高（或低）電平，一旦收到低于門限值時(shí)，輸出一個(gè)低（或高）脈沖，與CLK異或后，相當(dāng)于在原CLK時(shí)鐘上加了一個(gè)脈沖，通過(guò)圖示的電路后，偽碼產(chǎn)生器前進(jìn)了半個(gè)相位，通過(guò)移位寄存器后，即可實(shí)現(xiàn)半個(gè)碼相位的移動(dòng)（超前半個(gè)碼片）。

　　FPGA仿真結(jié)果如圖6所示。圖中CLK1為碼NCO的輸出，CLK2為它的二分頻作為偽碼產(chǎn)生器的時(shí)鐘，pn1為偽碼產(chǎn)生器輸出，k1為信號(hào)，平常輸出高電平，當(dāng)門限檢測(cè)結(jié)果為低時(shí)，輸出一個(gè)低脈沖與CLK1異或輸出，結(jié)果為CLK3。從仿真圖中可以看出CLK3相對(duì)于CLK2在k1為低脈沖時(shí)，增加了一個(gè)脈沖。

　　下載到FPGA中，利用SIGNALTAP，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。圖中CLK1為碼NCO輸出時(shí)鐘，CLK2為異或門的輸出，從圖中可以看出，在門限檢測(cè)為低時(shí)，CLK2比CLK1多增加了一個(gè)脈沖，測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果一致。

實(shí)現(xiàn)結(jié)果

　　通過(guò)以上的分析，再結(jié)合擴(kuò)頻通信的有關(guān)理論，可以知道要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的捕獲，必須通過(guò)載波和偽碼相位的二維搜索。首先，對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻，變?yōu)榱阒蓄lI、Q兩路信號(hào)，再與本地PN碼進(jìn)行解擴(kuò)運(yùn)算。結(jié)果與門限值比較，如果小于門限則按照前面分析的方法順序移動(dòng)半個(gè)碼片，直到包絡(luò)的平方大于門限轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。捕獲電路如圖1所示。

　　采用上述方法，在實(shí)際中對(duì)某一擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行捕獲

信號(hào)參數(shù)
中頻40MHz ；
調(diào)制樣式為DS-BPSK；
偽碼長(zhǎng)度為1024；
數(shù)據(jù)率5Kb/s;
采樣時(shí)鐘60MHz；

　　各個(gè)模塊功能描述

　　數(shù)字下變頻：
　　載波NCO的輸出與輸入信號(hào)在乘法器中進(jìn)行數(shù)字下變頻，功能是去除輸入信號(hào)載頻而保留了用于基帶相關(guān)的碼。

　　數(shù)字相關(guān)器：
　　累加清除器的作用是對(duì)經(jīng)過(guò)數(shù)字正交下變頻后的I、Q兩路信號(hào)與本地再生偽碼相乘的結(jié)果進(jìn)行積分累加。采用的是一個(gè)累加器對(duì)數(shù)字混頻后輸入信號(hào)與本地碼相乘的每一位結(jié)果進(jìn)行累加。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間（本方案為12000次）的積分累積后，得到一個(gè)數(shù)據(jù)位的相關(guān)值。此相關(guān)值與預(yù)設(shè)門限比較，進(jìn)行捕獲判決。如果小于門限，則認(rèn)為捕獲失敗，清除累加結(jié)，滑動(dòng)半個(gè)碼片后，重新進(jìn)行累加積分。累加清洗器進(jìn)行一個(gè)碼周期的數(shù)據(jù)累加，輸出一次相關(guān)累加值。最大的捕獲時(shí)間為0.4094秒(0.2mS*2047)。

　　載波NCO：
　　載波NCO是載波跟蹤環(huán)的重要組成部分，它的主要功能是產(chǎn)生本地復(fù)制載波信號(hào)。載波NCO模塊設(shè)置有頻率控制字輸入接口，模塊內(nèi)部通過(guò)32位相位累加其對(duì)輸入控制字進(jìn)行累加，獲得相位值的映射地址，通過(guò)查表獲得正余弦兩路信號(hào)。載波環(huán)路通過(guò)不斷調(diào)整載波NCO的頻率字來(lái)保持對(duì)接收信號(hào)載波頻率和相位的跟蹤。

　　碼NCO：
　　碼NCO是碼跟蹤環(huán)的核心。它的主要功能是為再生偽碼發(fā)生器提供精確的時(shí)鐘信號(hào)，保證實(shí)現(xiàn)對(duì)接收信號(hào)的碼捕獲和跟蹤。碼NCO設(shè)置有頻率控制字，頻率控制字負(fù)責(zé)碼率的調(diào)整和碼相位延時(shí)。

實(shí)現(xiàn)結(jié)果

　　A/D采用AD9288-100，是8位的轉(zhuǎn)換結(jié)果，最高工作頻率可達(dá)到100M，數(shù)字下變頻和捕獲電路在EP1C12Q240C8（Cyclong）中實(shí)現(xiàn)，運(yùn)算的中間測(cè)試結(jié)果如圖8所示，圖中pn2_clk為NCO輸出時(shí)鐘，x_pn為偽碼，c1_data和s1_data為載波NCO產(chǎn)生的用于下變頻的I、Q路載波信號(hào)。pn_e、pn_p、pn_l分別為移位寄存器輸出的超前、即時(shí)和滯后碼，它們相差半個(gè)碼片。

　　最后的捕獲結(jié)果如圖9所示。圖中ad_data為接收的數(shù)字中頻信號(hào)，last_data為最后捕獲的結(jié)果。

　　保存數(shù)據(jù)，在Matlab中的相關(guān)結(jié)果如圖10所示。

結(jié)束語(yǔ)

　　加脈沖法可以使本地碼相位超前半個(gè)碼片相位，實(shí)現(xiàn)非連續(xù)相位滑動(dòng)相關(guān)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在FPGA中容易實(shí)現(xiàn)，是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法，在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中已被采用并獲得了理想的結(jié)果。