一种扩频通信调制器的FPGA设计与仿真

2010-02-01 23:11:49来源: 中国西南电子技术研究所

  近年来,随着经济的高速增长,无线通信得到了飞速地发展。由于扩展频谱信号具有抗干扰、保密、抗侦破和抗衰落等特点,扩频通信在军事无线通信领域(如测控通信)中被广泛应用;随着技术的成熟及成本的降低,其在民用通信市场上具有更广大的发展前景。

  本文首先介绍了FPGA的设计思想及流程,然后以一种扩频通信调制器为例,描述了如何实现自顶向下的设计:包括调制器的顶层设计、划分的下一层基本单元的设计等,并重点分析了基本单元之一的PN码产生器的设计实现及仿真验证过程。

  FPGA设计方法简介

  FPGA技术的飞速发展,对国内的电子设计工程师提出了严峻的挑战,以往传统的设计方法,如单纯的原理图输入方法,已很难满足目前的要求。设计人员必须采用高水准的设计工具,如硬件描述语言(Verilog HDL)或语言与原理图结合来进行设计。

  1 FPGA的设计思想

  FPGA的设计思想一般采用自顶向下(Top-down)的设计,自顶向下的设计是从系统级开始的,把系统化分为基本单元,然后再把每个单元划分为下一层次的基本单元,一直这样做下去,直到可以直接用EDA元件库里的元件来实现为止。

  2  FPGA的设计流程

  FPGA器件的设计一般可分为设计输入、设计实现和编程三个设计步骤及相应的功能仿真、时序仿真和器件测试三个设计验证过程。

  设计输入:设计输入有多种方式,目前最常用的有电路图和硬件描述语言两种。对于简单的设计,可采用原理图或ABEL语言设计。对于复杂的设计,可采用原理图或行为描述语言(如VHDL语言),或者两者混用,采用层次化设计方法,分模块、分层次的进行描述。软件在设计输入时,会检查语法错误,生成网表文件,供设计实现和设计校验用。

  设计实现:设计实现是指从设计输入文件到位流文件的编译过程。在该过程中,编译软件自动地对设计文件进行综合、优化,并针对所选中的器件进行映射、布局、布线,产生相应的位流数据文件。

  器件编程:器件编程就是将位流数据文件配置到相应的FPGA器件中。

  设计校验:对应于设计输入、设计实现和器件编程的功能仿真、时序仿真、器件测试组成设计验证的三个部分。功能仿真验证设计的功能逻辑,在设计输入过程中,对部分功能或整个设计均可进行仿真。完成设计实现后进行时序仿真,针对器件的布局、布线方案进行时延仿真,分析定时关系。器件测试是在器件编程完成后进行,通过实验或借助于测试工具,测试器件最终功能和性能指标。

  扩频调制器的FPGA设计

  本文介绍的一种扩频调制器,常应用于测控通信领域。其信号形式是I、Q两路正交信道上分别传送扩频指令和测距码,采用UQPSK调制,I、Q两路的功率比为10:1,其信号的数学表达式如下:

公式  (1)

  式中:ω为载波频率; PT为信号总功率;c(t)为指令码;PNI为指令信道PN码;PNQ为测距信道PN码。PNI是码长为210-1=1023的Gold码,短码;PNQ是码长为218-28=261 888的18级截短码,长码;长短码长之比为256。要求两种码起始同步,即当长码发生器经过全“1”状态时,短码发生器也经过它的全“1”状态。

  1 扩频调制器的顶层设计

  扩频调制器的实现如图1所示。FPGA的顶层设计见图1的虚框部分,包括信息码产生器及寄存器、码钟及PN码产生器、载波产生器、0/π调制模块等基本单元。下面以PN码产生器为例介绍基本单元的设计。

扩频调制器实现框图

图1 扩频调制器实现框图

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关键字:扩频通信调制器  FPGA  设计  仿真

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0201/article_956.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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