基于QPSK调制的扩频通信技术及其FPGA实现

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扩展频谱通信是现代通信技术研究中的一个重要方向,也是应用极广的一种通信手段,在卫星通信、军事通信、移动通信占据了举足轻重的地位。扩频通信优良的抗干扰能力以及防窃听能力,能够满足现代通信对于保密性和抗干扰的要求。而数字调制解调技术是现代通信中的核心技术之一,其中QPSK调制由于其频带利用率高和抗干扰能力强的优势得到了广泛应用。软件无线电技术飞速发展,使用可编程的FPGA替代传统的硬件设备,大大降低了成本,提高了系统的通用性,因此本文研究直接序列扩频通信系统设计方法及其FPGA实现具有重要意义。本文首先研究扩频解扩方法和DQPSK调制解调方法的基本理论,主要包括伪码同步中捕获与跟踪的原理,以及QPSK调制解调的原理。本文设计的直扩系统发射端由码变换模块、差分编码模块、成形滤波以及载波调制等组成;接收端包括数字下变频、载波同步、伪码同步以及位定时同步环路等环路。以此为基础,本文详细介绍了各个模块设计原理和FPGA实现方案,重点研究直扩系统中伪码同步环路和QPSK解调算法的设计方案。本文采用了序列相位搜索法和延迟锁定环组成伪码同步环路;解调部分采用了基于Costas环的相干解调算法。对直扩信号的调制和解调判决中各个模块进行原理仿真的基础上,在Vivado中进行各个模块的FPGA功能设计并进行仿真验证。最后,本文在Xilinx Zynq-7000系列FPGA芯片上对算法进行了验证,将数据进行调制后,利用本文设计的FPGA程序对数据进行解调并分析。最终测试结果表明,本系统能够可靠有效地完成数据的收发任务,并且大大提高了系统的抗干扰能力。
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