基于FPGA的DS/CDMA解擴解調模塊設計與實現
圖1 DS/CDMA解擴解調系統(tǒng)原理框圖
1 DS/CDMA信號解擴解調的系統(tǒng)模型
根據國際上DS/CDMA信號發(fā)展的現狀,我們希望設計一個可以對DS/CDMA信號進行解擴解調的通用平臺,該平臺的系統(tǒng)模型如圖1所示:
分析該系統(tǒng)模型在不考慮噪聲與干擾的情況下,該系統(tǒng)的輸入信號=,經正交下變頻到基帶:
將上式中各相關運算項分別記作:
2 基于FPGA來設計CDMA解擴解調的過程無線SOC開發(fā)
設備實現基于第三代移動通信系統(tǒng)實現的關鍵技術基礎,采用大規(guī)模FPGA作為設備實現的硬件平臺,可作為直接序列擴頻/碼分多址信號接收的通用處理平臺。擬定CDMA解擴解調模塊的總體方案框圖如圖2.1所示。
中頻AGC單元控制70MHz中頻輸入信號的輸入能量,經器件AD6640采樣后送入FPGA信號處理模塊進行數字下變頻到I/Q路基帶,再將I/Q路基帶信號送入并行檢測模塊進行用戶檢測;并行檢測模塊采用大規(guī)??删幊踢壿嬈骷嗀LTERA公司的EP2C70F672來實現,主要是通過并行匹配濾波器來完成搜索范圍之內的PN碼,被檢測出來的PN碼再反饋送入FPGA信號處理模塊進行解擴解調處理。FPGA信號處理模塊采用ALTERA公司的EP2S60F672來實現,該部分由16個模塊組成,每一個模塊都可以完成地址碼捕獲與跟蹤、相關解擴、相位估計、基帶解調等功能,輸出維特比軟判決數據信號;主控單元也在EP2S60F672中設計實現,該單元完成DDS控制、ADC采樣頻率配置、載頻初始化配置、地址碼配置、工作狀態(tài)檢測等功能,各種配置與檢測信息通過網絡接口用計算機控制輸入。無線SOC開發(fā)平臺499元 S3C44B0 ARM7開發(fā)板378元 S3C2410 ARM9開發(fā)板780元 AT91SAM7S64 ARM7
圖2 CDMA信號接收設備總體方案框圖
3 幾個關鍵模塊的實現過程
中頻處理與ADC單元主要由中頻自動增益控制、帶通/低通濾波、DDS采樣時鐘發(fā)生器、中頻ADC采樣這幾個模塊組成,采用速率是碼片時鐘N倍的時鐘作為采樣時鐘,然后將采樣后的數據送入FPGA中。
基帶接收處理單元由數字正交下變頻、時鐘基準DDS、可控地址碼產生、多路并行地址碼搜索捕獲、數字內插碼片跟蹤、碼分信道估計(幅度、相位估計、SIR估計)、多路數據相關解擴、差分相干解調數據接口(不含數據幀恢復)這些部分組成,主要完成信號的接收解擴解調功能。
主控單元主要由初始化配置(載頻配置、地址碼配置、工作狀態(tài)配置)、工作狀態(tài)檢測(捕獲指示、同步指示、接收狀態(tài)等)、控制接口處理(網絡接口)、RS-232接口等模塊組成。MCU總線與基帶處理單元相連,用于參數配置控制、工作狀態(tài)信息采集與顯示、外部通信等功能;網絡接口主要完成硬件和計算機的數據交換;RS-232接口主要控制液晶的顯示以及鍵盤輸入。
結束語:基于DS/CDMA信號解擴解調的基本原理,結合大規(guī)模邏輯器件FPGA的優(yōu)點,本文作者創(chuàng)新的提出設計一個通用的解擴解調平臺,該平臺既可以用于CDMA信號蜂窩基站接收機的核心模塊,也可以用于衛(wèi)星CDMA信號的解擴解調;該平臺已經在基站接收機上得到了應用和驗證,實踐證明該模塊搜索速度快,同時解擴解調的用戶數達到了16個,解擴解調的效率極高。由于該模塊采用ALTERA公司的大規(guī)模FPGA器件,所以很容易轉換成用于ASIC電路,有很廣闊的應用價值。
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