基于FPGA的短波扩频通信系带设计

摘要：

本文介绍了一种基于FPGA的短波扩频通信系统设计方案。该方案采用了FPGA芯片作为系统核心，实现了扩频调制、解扩、信道编码解码、数据收发等功能。通过实验验证，该系统具有良好的传输性能和实时性，可以满足短波扩频通信的需求。

关键词：FPGA；短波扩频；通信系统；扩频调制；信道编码

Abstract:

This paper introduces a design scheme of shortwave spread spectrum communication system based on FPGA. The scheme adopts FPGA chip as the core of the system, which realizes functions such as spread spectrum modulation, spread spectrum decoding, channel coding and decoding, data transmission and reception. Through experimental verification, the system has good transmission performance and real-time performance, which can meet the needs of shortwave spread spectrum communication.

Keywords: FPGA; shortwave spread spectrum; communication system; spread spectrum modulation; channel coding

一、引言

短波扩频通信技术是一种新型的无线通信技术，采用扩频调制技术，将原始的窄带信号扩展成宽带信号，从而提高了抗干扰能力和安全性。短波扩频通信技术在军事、安全、航空等领域有着广泛的应用。

FPGA芯片作为一种可编程逻辑器件，具有灵活性和可重构性，可以实现各种复杂的数字电路功能。本文基于FPGA芯片设计了一种短波扩频通信系统，实现了扩频调制、解扩、信道编码解码、数据收发等功能。通过实验验证，该系统具有良好的传输性能和实时性，可以满足短波扩频通信的需求。

二、系统设计

短波扩频通信系统的设计框图如图1所示。系统由FPGA芯片、AD转换器、DAC转换器、天线、滤波器等组成。

图1 系统设计框图

系统的输入信号为数字信号，通过AD转换器转换成模拟信号，再经过滤波器进行滤波，得到基带信号。基带信号经过扩频调制器进行扩频调制，得到扩频信号。扩频信号经过天线进行发射，接收端接收到信号后，进行解扩、信道编码解码、数据解调等处理，得到原始数据。

扩频调制器的实现方法有直接序列扩频（DS-SS）和频率跳变扩频（FH-SS）两种。本文采用DS-SS方法，将原始信号与伪随机码进行异或运算，得到扩频信号。解扩模块将接收到的扩频信号与伪随机码进行异或运算，得到原始信号。信道编码模块采用卷积码进行编码，解码模块采用Viterbi算法进行解码。数据解调模块采用差分相移键控（DPSK）调制方法进行解调。

三、实验结果

本文采用FPGA开发板进行实验，使用MATLAB生成随机信号作为原始信号，使用Galois LFSR算法生成伪随机码。实验结果如下：

1. 扩频调制后信号频谱图如图2所示。可以看到，扩频后的信号频谱宽度增大，抗干扰能力提高。

图2 扩频调制信号频谱图

2. 解扩后的信号与原始信号比较如图3所示。可以看到，解扩后的信号与原始信号基本一致。

图3 解扩后信号与原始信号比较

3. 信道编码前后误码率（BER）比较如图4所示。可以看到，信道编码后的BER明显低于未编码时的BER，表明信道编码可以提高系统的抗干扰能力。

图4 信道编码前后BER比较

四、结论

本文基于FPGA芯片设计了一种短波扩频通信系统，实现了扩频调制、解扩、信道编码解码、数据收发等功能。通过实验验证，该系统具有良好的传输性能和实时性，可以满足短波扩频通信的需求。未来可以进一步优化系统性能，提高系统的稳定性和可靠性。