基于FPGA的数字相关器设计仿真(2)
结论 35
致谢 36
参考文献 37
1 绪论
1.1 本课题研究的意义
随着通信技术的迅速发展，对信号的处理已经成为通信技术的关键环节，其中相关器有着非常广泛的应用。比如在短波扩频通信系统的处理信号都是在相关解扩过程中, 通过相关器的相干检测获得的, 因此, 相关器是扩频系统的核心和关键。在扩频通讯、GPS、雷达、声纳、机械震动测试等诸多领域，数字相关技术有着非常广泛的应用[4]。在直扩通信系统中，它主要完成扩频码的同步捕捉，根据应用的场合不同，有多种方法来实现扩频码的同步捕捉。所谓相关器, 就是用本地产生的相同信号与接收到的信号进行相关运算, 其中相关函数最大的就最可能是所要的有用信号。对不同信号的相关处理, 相关器只需改变本地参考信号即可。目前相关器的实现一般有以下几种方法：
1)用DSP实现；
2)用模拟电路实现；
3)用可编程逻辑器件实现。
如今，通信技术进入了数字通信的时代，数字相关器在信号处理中作用显著。数字相关器正是数字接收机的核心。数字相关器在通信信号处理中实质上是起到数字匹配滤波器的作用，它可对特定码序列进行相关处理， 从而完成信号的解码， 恢复出传送的信息。 数字相关器与模拟相关器相比， 其灵活性强、 功耗低、 易于集成， 广泛用于帧同步字检测、扩频接收机、 误码校正以及模式匹配等领域[4]。数字相关器一般包括： 输入序列移位寄存器、 参考序列移位寄存器、 相关运算阵列和相关求和网络。实际上，现实中输入端接收到的信号为模拟的信号，需要对其进行A/D转换，采样量化，将其用多比特的码元来表示，然后再进行相关处理。
1.3 论文的研究内容及章节安排
本文主要研究基于FPGA的数字相关器实现。首先根据要求设计数字相关器，应用matlab 进行性能仿真，然后应用VHDL 语言编写数字相关器程序，在quartus下仿真实现数字相关器功能。
论文的章节安排如下：第一章为绪论部分，主要介绍课题研究的意义，数字相关器国内外的研究现状等，第二章主要介绍数字相关器的理论基础，着重阐述相关理论，m序列生成的原理，及m序列相关的理论。第三章介绍了matlab的有关知识，说明了用matlab来设计m序列发生装置和相关器的理论和过程，给出了matlab的程序。第四章开始介绍了EDA与FPGA设计的知识，然后就以Altera公司的cyclone II器件为例，讲述了FPGA的硬件相关，最后给出了用FPGA设计的m序列发生器和相关器的代码，并附上可仿真的结果。
2 数字相关器的理论基础
2.1 数字相关器概述
在数字通信系统中，常用一个特定的序列作为数据开始的标志，称为帧同步字。在数字传输的过程中，发送端要在发送数据之前插入帧同步字。接收机需要在已解调的数据流中搜寻帧同步字，以确定帧的位置和帧定时信息。帧同步字一般为一系列连续的码元，在接收端需要对这一系列连续的码元进行检测，如果与预先确定的帧同步字吻合，则说明接收端与发送端的数据是保持同步的，开始接收，否则不能进行接收。完成帧同步字检测工作的正是数字相关器。数字相关器的作用是实现两个数字信号之间的相关运算, 即比较等长度的两个数字序列之间有多少位相同, 多少位不同。数字相关器在通信信号处理中实质是起到数字匹配滤波器的作用，它可对特定码序列进行相关处理，从而完成信号的解码，恢复出传送的信息。
对不同信号的相关处理, 相关器只需改变本地参考信号即可。根据在接收机中的位置来分, 相关器分为以下几种：