综合课程设计报告CDMA部分 含FPGA-verilog代码.doc

- PAGE 2 - - PAGE 1 - 项目背景 1.1 CDMA原理及背景简介 CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access)，它是在数字技术的分支——扩频通信技术上发展起来的一种崭新的无线通信技术。CDMA技术的原理是扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码（GOLD码）进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。 码分多址(CDMA)技术是扩频通信技术在多用户通信系统中的应用，其利用了扩频序列的编码正交可分性，使得多个用户信号可以在同一媒介、同一频率、同一时间内传输。每一路码分信号，都是经过扩频调制的信号，每一路码分信道都分配了独特的扩频序列。扩频通信的主要特征是它们的频带宽度B比信息速率Rb大得多，通过扩频得到扩频增益，用于抵抗各种干扰。因此就CDMA本身的优势而言，CDMA拥有无与伦比的巨大潜力。 扩频通信技术、码分多址技术和同步技术是CDMA的关键技术，通过CDMA数字基带发射系统的研究更进一步了解CDMA数字基带系统的过程，加深对CDMA的扩频通信技术和码分多址技术的理解，加深对CDMA系统的理解。同时，我们可以知道CDMA技术为什么得以快速发展。 本项目的重点集中于应用FPGA来实现CDMA数字基带系统发射系统, 并在此基础上实现接收系统，具体讲就是将信号进行扩频、GOLD码调制、基带求和、再进行并/串转换，在接收端进行解扩和解调，还原出初始发送的数据，其中利用的载波调制技术室2PSK技术，解调利用相干解调。 1.2 FPGA在通信领域的巨大作用 21世纪是一个数字化的世纪，数字信号处理在新的世纪中有着广泛的应用，信息高速公路、移动通信、自动化系统都采用了数字信号处理技术。 单片机系统，虽然在一定程度上满足了部分需要，但是由于它的速度和数据处理能力非常有限，不能满足现代数字系统数据的高速率的要求。近几年发展起来的FPGA技术，满足了这种需求，FPGA功能上比早期的PLD更加强大，主要有编程方式方便先进，并且拥有较高的工作频率，像Altera的Cyclone的EP1C3系列，其工作频率就有40MHZ。此外，硬件描述语言Verilog HDL在编写风格上与C语言十分的接近，所以FPGA技术不仅可以完成单片机所不能完成的指标，而且更具有灵活性。这种基于EDA技术的芯片正在成为电子系统设计的主流。此外，FPGA还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。因此，FPGA技术的应用前景非常广阔。 FPGA的发展不断满足当今电子工业的快速发展，随着集成电路的设计规模日益增大，复杂程度日益增高，FPGA的出现和发展大大改变了传统的系统设计方法，这种方法使得电子系统设计变得更加简单方便、灵活快速。 第二章 CDMA系统简介 CDMA技术的基础是扩频通信。扩频：用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种传输方式，频带的扩展由独立于信息的扩频码来实现，与所传信息数据无关，在接收端用同步接收实现解扩和数据恢复。如下图，我们可以知道CDMA系统的基本原理和TDMA、FDMA的区别。 CDMA、TDMA、FDMA比较 扩频通信的理论基础就是著名的香农定理: …………………………………………(1) 这个公式表明，在高斯信道中当传输系统的信号噪声功率比S/N下降时，可用增加系统传输带宽W的办法来保持信道容量C不变。对于任意给定的信号噪声功率比，可以用增大传输带宽来获得较低的信息差错率。正因为这个原因，扩频通信具有比较强的抗噪声干扰的能力。CDMA技术是以扩频通信为基础的载波调制和多址接入技术，所以如何实现扩频部分对于整个CDMA系统的实现有着重要的影响。 2.1 CDMA系统的关键技术 扩频技术是CDMA系统的基础，在扩频系统中，常使用伪随机码来扩展频谱，伪随机码的特性，如编码类型、长度、速度等在很大程度上决定了扩频系统的性能，如抗干扰能力、多址能力、码捕获时间。因此要实现扩频部分，关键就是如何选择一个比较好的方法来实现PN码产生器。 而实现PN码产生器的难点就是实现其同步，即在接收端进行解扩所用的PN码和接收到的信号在发送时所用的PN码是同步的，这是扩频技术中的难点。CDMA系统要求接收机的本地伪随机码与接收到的PN码在结构、频率和相位上完全一致，否则就不能正常接收所发送的信息，接收到的只是一片噪声。若实现了收发同步但不能保持同步，也无法准确可靠地获取所发送的信息数据。因此，PN码序列的同步是CDMA通信扩频模块的关键技术。但是要真正成为一种商业应用的通信系统