摘 要： 討論了高速無線分組網絡中多進制正交擴頻通信系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)，其中在系統(tǒng)核心部分的擴頻編碼調制和解調等很多功能都由FPGA來完成，并對此進行了詳細的介紹。

    關鍵詞： FPGA 擴頻通信 多進制正交擴頻 QPSK調制   

    門陣列邏輯電路在數字系統(tǒng)設計中得到廣泛的應用，因此從GAL、EPLD直至目前的FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列），容量和功能以及可靠性都得到很大的發(fā)展。目前的FPGA結構采用總線方式，布局布線方便靈活，Altera公司的FLEX10K系列FPGA掩埋帶有入出寄存器的RAM塊，更加方便地應用于CPU系統(tǒng)。隨著器件的發(fā)展，開發(fā)環(huán)境進一步得到優(yōu)化。Altera公司的Maxplus II為用戶提供了良好的開發(fā)環(huán)境，含有豐富的庫資源，很容易實現(xiàn)各種電路設計和完成較復雜的運算，使一部分軟件硬化，這對高速系統(tǒng)來說，是非常有效的。它支持多種輸入方法，并有極強的仿真系統(tǒng)，支持你隨心所欲的設計。最大的優(yōu)點是支持在線調試，這對于長期從事電路設計調試者來說，極大地提高了效率。

    分組無線網作為一種重要的無線分組通信形式，在軍事和民用通信領域一直受到廣泛的重視。信息技術的迅猛發(fā)展對分組無線網提出更高的要求，即要求更高的信息速率，支持綜合業(yè)務，具有很強的抗干擾性能等。要滿足這些要求，必須采用新技術來設計新一代分組無線終端。我們提出了采用多進制正交擴頻的方法，以實現(xiàn)高速(256kbps和512kbps安全可靠的通信，提出了新的設計思路并采用一系列新技術。應用Altera公司的FLEX10K系列FPGA實現(xiàn)多進制正交擴頻編碼，快速Hadamard變換法，時序控制邏輯等功能，極大地簡化了系統(tǒng)。本文就系統(tǒng)原理和FPGA的應用展開討論。

    １ 多進制擴頻編碼的實現(xiàn)

    1.1 正交擴頻系統(tǒng)的組成

    綜合考慮系統(tǒng)帶寬和通信速率以及實現(xiàn)的復雜性等因素，我們確定采用16進制的正交擴頻方案，并用Walsh函數作為擴頻正交碼，信息速率分為兩檔，函數周期分別為64（低速）和32（高速）。Walsh函數其自相關特性較差，同步捕獲困難，我們提出在原多進制正交擴頻的基礎上，增加一個輔助的同步邏輯信道的新方法。并選用m序列作為其擴頻碼，該同步信道信號被調制到與信息信道正交的載頻上，圖１給出了調制部分的原理框圖。傳輸數據經串并變換將信息每4個比特分為一組，完成２到16進制變換。I信道傳輸同步控制及輔助信息（導頻信道），并采用ｍ序列調制。而Q信道傳輸數據信息（信息信道），采用Walsh函數編碼。I、Q支路分別進行正交調制，合成QPSK調制的中頻信號送至電臺。

    1.2 正交擴頻編碼規(guī)則

    前面已介紹了同步碼和信息碼分別采用m序列和Walsh函數進行擴頻。如果按照所給的框圖來實現(xiàn)，必須加乘法器，增加了系統(tǒng)的復雜性。查表編碼以其快速、簡單、方便等優(yōu)點受到人們的青睞，故編碼采用存儲查表法。把所選取周期為64的m序列分別和16種Walsh函數（32位/64位），依據I、Q支路次序按位交織后形成數據儲存于EPROM，然后根據同步信息和數據信息作為地址進行查表。同步支路每一比特對應于一個周期為64的m序列。信息支路在低速情況下，64位Walsh函數與同步支路碼長相同，而在高速情況下，64位的同步碼要與兩個32位Walsh函數依次交織。因此，需要一位地址做奇偶控制。根據上述編碼規(guī)則，規(guī)定速率控制位為高位地址，同步碼為次高位地址。

    1.3 正交擴頻編碼的實現(xiàn)

    圖2示出多進制擴頻編碼的實現(xiàn)原理。其中，分頻鏈形成低位地址、EPROM的片選線、并／串變換的鎖存信號和移位信號以及其他時鐘源。串／并變換輸出形成信息地址。地址形成單元主要是控制兩種速率下的地址選擇，選取不同的擴頻碼。當速度為低速時，A3=Ax ，而Sd0～Sd3對應為A4～A7；當速度為高速時，A3=Sd0，而A7=Ax，用來做奇偶定位，Sd0～Sd3對應為A3～A6。同步碼產生單元輸出同步支路的同步序列，依次為32位0、1碼和48位巴克碼。時鐘控制單元產生巴克碼和擾碼使能信號，并在同步碼發(fā)完時刻給終端送出時鐘信號TXC。從圖中可以看出，采用查表法很方便地實現(xiàn)了正交擴頻編碼，用一些時序組合電路替代了復雜的乘法器。

    由于Walsh函數