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基于FPGA的直接序列扩频通信verilog设计,包括汉明编译码,扩频解扩,同步模块以及testbench

发布时间 2023-03-25 16:30:15作者: 我爱C编程

1.算法描述

        与很多的通信技术类似，扩频技术最初也应用于保密通信和制导系统等军事技术。除了在军事通信中的应用，扩频技术在无线通信领域也有发展。目前扩频通信技术已经在测距、卫星通信、GPS导航定位、移动通信、电子对抗、跟踪、遥控和蓝牙技术等方面广泛应用。扩频通信技术具有很多独特的优点：具有抗干扰能力强和截获率低等独特优点，而且具备码分多址(CDMA，Code Divided Multiple Access)或称为扩频多址(SSMA，SpreadSpectrumMultiple Access)的能力，因此广泛应用于商业、银行、宾馆、能源和交通业等行业。因为应用广泛受到世界各国的特别关注，尤其是在近年来随着超大规模的集成电路和微处理技术快速发展，使得扩频技术在各个行业得到更多的发展。随着数字技术的飞速发展，数字扩频技术不仅完成模拟扩频的所有功能，而且在性能和精度方面都有很大的优势，所以数字扩频技术将在未来被更广泛的应用。

 

        在扩频通信技术中，发送端将原始信号的频带进行扩展，得到扩频信号，然后在接收端通过对信号进行解扩处理，恢复原始信号。根据通信系统产生的扩频方式，可以将扩频通信分为5类：直接序列扩展频谱(Direct Sequence Spread Spectrum Communication Systems)、频率跳变扩频通信系统(Frequecy Hopping Spread Spectrum Communication Systems，FH-SS)、跳时扩频通信系统(Time Hopping Spectrum Communication Systems，TH-SS)、线性脉冲调频系统(chirp)和混合扩频通信系统，扩频技术在未来无线通信技术中，仍是重要部分，很多方面需要继续去探索，因此扩频技术的研究不能停滞不前。

       利用本原多项式产生伪随机序列用作扩频，通过同步模块对扩频后的信号进行捕获，通过直接序列解扩模块进行解扩。本文给出了编解码、扩频解扩、同步的整体方案，使用Quartus实现功能，并结合Matlab和ModelSim对模块进行调试和测试，实现扩频通信模块的搭建仿真，验证其设计的正确性。模块有：汉明编码模块、直接序列扩频模块、量化器模块、同步模块、直接序列解扩模块和汉明译码模块。

 

1.汉明编码模块

 

        编码模块采用汉明码编码方式。汉明码是一种线性分组码。汉明码是指将数据信息码分成为长度为m的数据段，在每一段数据后面添加n位的校验码，这样编码方式为汉明码.

 

2. 扩频模块

       扩频模块若采用直接序列扩频。直接序列扩频，简称直扩扩频(DSSS)。在发送端传送的数据信息需要经过信道编码后，与本原多项式产生的伪噪声序列进行模2加（异或）完成扩频，在接收端用相同的扩伪随机序列对其解扩，解扩后的数据进行译码，达到恢复原始数据信息的目的.

 

3.同步模块

 

       同步模块若采用最小二乘法。最小二乘法是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方来和数据进行匹配。它可以简便地求得接收信号，并使得这些接收信号与伪随机序列之间误差的平方和为最小。

 

2.仿真效果预览

Quartus II 12.1 (64-Bit),

 

ModelSim-Altera 6.6d Starter Edition

 

仿真结果如下：

 

 

 

 

 

3.Verilog核心程序

 

module tops(clk_10, rst_n, rst_n2,tdata, t_wrreq, t_full, rdata, r_rdreq,line_out, line_in,
...............................................
	ham_encoder ham_encoder_u1(//汉明编码
		.clk_10(clk_10), 
		.rst_n(rst_n),
		.hdata(hdata), 
		.h_empty(h_empty),
		.h_rdreq(h_rdreq),
		.mdata(mdata),
		.m_empty(m_empty),
		.m_rdreq(m_rdreq)
	);
	
	m_encoder m_encoder_u2(//m序列扩频
		.clk_10(clk_10), 
		.rst_n(rst_n), 
		.mdata(mdata), 
		.m_empty(m_empty),
		.m_rdreq(m_rdreq),
		.q_data(q_data)
	); 
	
	quantizer quantizer_u3(//量化
		.clk_10(clk_10), 
		.rst_n(rst_n),
		.qdata(q_data), 
		.line_out(line_out)
	);
	
   DSSSreceiver DSSSreceiver_u4(//接收器
		.clk_10(clk_10), 
		.rst_n(rst_n2), 
		.line_in(line_in),
		.rdata(rdata),
		.r_rdreq(r_rdreq),
		.r_empty(r_empty)
	);
endmodule