基于FPGA的DS/CDMA解扩解调模块设计与实现

摘要：文中提出了一种DS/CDMA扩频调制和解扩解调系统模型，分析了该模型的扩频调制原理和解扩解调原理，跟着设计了用于实现解扩解调模块的射频电路和数字基带处理电路框图，分析了它们的组成及工作过程，采用的器件以及设计中用到的关键模块详细说明，最后介绍了该解扩解调模块应用的领域以及实际使用效果。
关键词：DS/CDMA；码片速率；AFC；DDS；FPGA

在CDMA通信系统中，用于基站信号转发的接收机是一个核心模块，一台接收机只是处理一路用户的解扩解调显然是不合理的，为了提高接收机的效率和降低成本，有必要设计一种多路CDMA信号通用解扩解调平台。而FPGA具有功能强大，开发工程投资小，周期短，可反复编程修改，保密性能好，开发工具智能化等优点，本项目决定采用FPGA作为设计平台；本文首先建立了CDMA信号的扩频调制与解扩解调系统模型，然后提出设计这样一个多路CDMA信号通用解扩解调平台。该平台将保证处理CDMA解扩解调的通用性，既可以将此平台用在CDMA信号蜂窝基站的建设上，也可以用在CDMA卫星地面的基站建设上。

图1 DS/CDMA解扩解调系统原理框图

1  DS/CDMA信号解扩解调的系统模型

根据国际上DS/CDMA信号发展的现状，我们希望设计一个可以对DS/CDMA信号进行解扩解调的通用平台，该平台的系统模型如图1所示：

 分析该系统模型在不考虑噪声与干扰的情况下，该系统的输入信号=，经正交下变频到基带：

将上式中各相关运算项分别记作：

2  基于FPGA来设计CDMA解扩解调的过程无线SOC开发平台499元 S3C4

设备实现基于第三代移动通信系统实现的关键技术基础，采用大规模FPGA作为设备实现的硬件平台，可作为直接序列扩频/码分多址信号接收的通用处理平台。拟定CDMA解扩解调模块的总体方案框图如图2.1所示。

中频AGC单元控制70MHz中频输入信号的输入能量，经器件AD6640采样后送入FPGA信号处理模块进行数字下变频到I/Q路基带，再将I/Q路基带信号送入并行检测模块进行用户检测；并行检测模块采用大规模可编程逻辑器件ALTERA公司的EP2C70F672来实现，主要是通过并行匹配滤波器来完成搜索范围之内的PN码，被检测出来的PN码再反馈送入FPGA信号处理模块进行解扩解调处理。FPGA信号处理模块采用ALTERA公司的EP2S60F672来实现，该部分由16个模块组成，每一个模块都可以完成地址码捕获与跟踪、相关解扩、相位估计、基带解调等功能，输出维特比软判决数据信号；主控单元也在EP2S60F672中设计实现，该单元完成DDS控制、ADC采样频率配置、载频初始化配置、地址码配置、工作状态检测等功能，各种配置与检测信息通过网络接口用计算机控制输入。无线SOC开发平台499元 S3C44B0 ARM7开发板378元 S3C2410 ARM9开发板780元 AT91SAM7S64 ARM7

图2 CDMA信号接收设备总体方案框图

3  几个关键模块的实现过程

中频处理与ADC单元主要由中频自动增益控制、带通/低通滤波、DDS采样时钟发生器、中频ADC采样这几个模块组成，采用速率是码片时钟N倍的时钟作为采样时钟，然后将采样后的数据送入FPGA中。

基带接收处理单元由数字正交下变频、时钟基准DDS、可控地址码产生、多路并行地址码搜索捕获、数字内插码片跟踪、码分信道估计（幅度、相位估计、SIR估计）、多路数据相关解扩、差分相干解调数据接口（不含数据帧恢复）这些部分组成，主要完成信号的接收解扩解调功能。

主控单元主要由初始化配置（载频配置、地址码配置、工作状态配置）、工作状态检测（捕获指示、同步指示、接收状态等）、控制接口处理（网络接口）、RS-232接口等模块组成。MCU总线与基带处理单元相连，用于参数配置控制、工作状态信息采集与显示、外部通信等功能；网络接口主要完成硬件和计算机的数据交换；RS-232接口主要控制液晶的显示以及键盘输入。

结束语：基于DS/CDMA信号解扩解调的基本原理，结合大规模逻辑器件FPGA的优点，本文作者创新的提出设计一个通用的解扩解调平台，该平台既可以用于CDMA信号蜂窝基站接收机的核心模块，也可以用于卫星CDMA信号的解扩解调；该平台已经在基站接收机上得到了应用和验证，实践证明该模块搜索速度快，同时解扩解调的用户数达到了16个，解扩解调的效率极高。由于该模块采用ALTERA公司的大规模FPGA器件，所以很容易转换成用于ASIC电路，有很广阔的应用价值。

参考文献:

[1]Altera FPGA/CPLD设计（高级篇），吴继华，王诚，人民邮电出版社，2005年7月
[2]扩频通信数字基带信号处理算法及其VLSI实现，张欣，科学出版社，2004年8月
[3]Koji Ohno, Mamoru Sa Sawahashi, and Fumiyuki Adachi, "Wideband coherent DS-CDMA", Proceedings of the 45th EEE VTC Conference, Chicago, pp 779-783,1995.
[4]杨奎武，魏博.扩频通信中匹配滤波器的FPGA 设计[J]微机算计信息,2005.3:117-119

[5]数字通信，John G.Proakis，电子工业出版社，2004年2月