DS/FH混合扩频接收机解扩及同步技术FPGA实现

符号扩展是为了与后面的相关累加器数据宽度保持一致，符号位扩展时需与输入数据最高位的符号保持一致。

1.3 相关累加器

相关累加器完成本地伪码与接收信号的相关累加运算，运算得到的结果送入DSP完成伪码的捕获和跟踪。取伪码长度为256位，采用半码片滑动，则一个码周期完成512次累加运算。如采用串行滑动相关捕获方式，则遍历所有的码相位所需要的时间为512个码周期，即捕获所需要的最长时间为512个PN码周期。由于可编程逻辑器件的发展，使得有足够的硬件资源来完成并行运算。此处采用串/并混合的捕获方式[6][7]，采用8路相关累加器，每一路分为超前、当前、滞后3组，每组相差半个码片的相位，每一路相差64个半码片的相位。这样，只需滑动64个半码片相位就可以遍历所有的伪码相位，完成捕获所需时间缩短为原来的八分之一。数据解调由另外4组相关累加器完成。由于发射端同步伪码与数据伪码相位严格对齐，所以在接收模块中，完成同步伪码捕获跟踪后，直接将所获得的相位信息用于数据解调相关器，即可正确解调数据。

同步伪码的跟踪采用超前-滞后延迟锁相环路(DPLL)，每一路相关器包括3组累加器。捕获跟踪及数据解调共使用28组相关累加器，每一组相关累加器结构都是完全一样的，均分为I、Q两路，分别进行累加运算，完成512次累加运算后由DSP读取数据。I、Q两路结构完全相同，其中一路的原理图如图4所示。


相关累加器由18位加减法器、锁存器1和锁存器2组成，data[7．．0]为下变频后的输入数据，PN CODE来自码发生器。作为控制端，低电平完成加运算，高电平完成减运算，DP上升沿进行数据锁存，下降沿完成一次累加运算。当累加运算完成后，由CLR信号清零并将结果存入锁存器2，CLR下降沿有效。锁存器1输出OV信号作为溢出标志位，锁存器2输出累加结果out[16．．0]。输入与输出端的最高位为符号位。

1.4 本地码发生器及码移相电路

本地码发生器用于产生本地PN码，从而与接收信号进行相关运算。由于发送端采用编码扩频调制方式，接收信号中既有同步PN码，还有数据PN码，与接收信号相对应，本地也应该产生相应的PN码，用于同步及解调数据。

本地PN码发生器全部采用FPGA实现，并且设置了可编程寄存器和外部接口，DSP通过接口可预置PN码长度。1024进制计数器电路用于产生ROM的输入地址，ROM由FPGA内部RAM资源来实现，采用ALTERA公司APEX20K200器件。该器件内部可编程RAM容量为106496位，完全可以满足设计需求。本地ＰＮ码采用半码片滑动方式，ROM内部PN码也以半码片方式存储。如码长为256，采用半码片存储方式后，每一组PN码需存储512位数据，相应的ROM有9位地址线驱动输出。驱动时钟为PN码时钟的2倍。在实际设计时，PN码发生器内存放了8组PN码，但只用了五组，一组用于同步，另外四组用于解调数据。ROM输入地址由1024进制计数器产生，实际上只需用512进制计数器即可得到ROM输入地址。考虑到可扩展性，这里采用了计数容量最大为1024的可变计数器。由DSP通过DSP-FPGA接口改写寄存器值，可以很方便地调整PN码的输出相位。

伪码移位电路的主要作用是将码发生器产生的PN码进行移位操作，从而得到伪码的不同相位。捕获和跟踪过程共使用了8路24组相关累加器，每一路分为超前、当前、滞后3组，这3组累加器输入端PN码相差半个码片的相位，8路相关累加器中每相邻两路相差64个半码片。码发生器输出5组PN码序列(第0组~第4组)，分别对应同步伪码及4组数据伪码。5组伪码均经过512级移位寄存器，第0组PN码作为同步码，取其0、1、2相位作为第一路的超前、当前、滞后3组相关累加器的输入；64、65、66相位作为第二路的超前、当前、滞后3组相关累加器的输入，其余各路依此类推。当完成捕获后，需要将捕获所得的同步PN相位切换到数据解调相关累加器中。例如，假设在第二组相关累加器的当前通道捕获，那么此时解调数据用的相关累加器的PN码相位就应该与第二组相关累加器当前通道的PN码相位保持一致。数据伪码相位切换的实现是由DSP记忆捕获通道的相位，然后控制多路选择开关选择该相位。

2 同步模块的FPGA实现

同步模块由位同步及帧同步电路构成，主要实现对信息数据的检测和提取，并识别一帧信息数据的帧头位置，实现跳频图案的同步。跳频图案的同步采用等待搜索同步法，开始时接收端频率合成器停留在某一单频点fi′，等待发射机的频率fi，当发射机的频率跳变为fi时，接收端本地的频率fi′与发送的频率fi混频后，输出中频fIF。DSP完成解扩解调运算后，得到的串行数据流送入位同步和帧同步电路，从数据流中提取出特征字，就可以获得一帧完整的数据，从而确定帧头的位置，即频率转换时刻，由此控制接收端频率合成器与发送端频率合成器同步跳变，实现跳频图案的同步。由于采用编码扩频调制方式，发送端每两位信息比特在一个PN码周期被编码为4种PN码中的一种。所以接收端在每一个PN码周期，对4组数据相关累加器的累加结果进行最大值比较，然后译码成相应的信息数据。信息数据送到同步电路，进行巴克码匹配相关，提取有效的信息位，并控制跳频时序完成跳频同步。同步模块原理如图5所示。