DS-UWB系统伪码迭代捕获方法设计与实现

摘要

直接序列扩频超宽带(DS-UWB)系统采用低占空比的窄脉宽脉冲序列传输信号。在对其伪码进行同步捕获时,需要在很短的时间内同时完成码元定时捕获和伪码相位捕获。传统的同步捕获算法很难完成这一快速捕获要求。为了解决这一问题,本文研究将迭代消息传递算法(iMPA)应用于DS-UWB系统,实现伪码序列的快速捕获,并对该算法进行FPGA实现。
　　 本文首先介绍了直扩系统基本原理、UWB基本原理,在此基础上给出了DS-UWB系统的数学模型和工作原理,为后文的研究奠定了基础。
　　 其次,介绍了基于因子图的iMPA算法,详细分析了iMPA算法在m序列捕获中的应用原理。为了进一步提高iMPA算法的捕获性能,本文从因子图的结构入手给出了基于冗余因子图的iMPA算法和基于隐藏节点因子图的iMPA算法,并对它们的捕获性能分别进行了仿真分析。仿真结果表明,采用冗余因子图的iMPA算法能够有效提高捕获概率,加快算法收敛速度;因子图含有隐藏节点的迭代捕获方法与因子图不含隐藏节点的迭代捕获方法相比,捕获时间降低了一倍。
　　 再次,针对码元定时误差对DS-UWB系统iMPA算法的影响,本文采用了一种两级结构的伪码迭代捕获方法(TS-IA):首先在发射信号中加入周期性的定时捕获辅助脉冲序列,然后在同步捕获阶段的第一级结构中利用本地辅助脉冲序列模板对接收信号进行滑动相关快速获取定时同步信息,消除码元定时误差,完成码元定时捕获;在第二级结构中利用iMPA算法对伪码相位进行快速捕获。本文对此算法从捕获概率和捕获时间两方面进行了理论分析与仿真验证,仿真结果证明此算法可以实现DS-UWB系统伪码的快速捕获。
　　 最后,本文对TS-IA算法进行了FPGA实现。在实现的过程中,按TS-IA算法的功能将其划分为了码元定时捕获模块、iMPA算法模块、相关与判决模块。在QuartusⅡ软件中分别对各模块进行设计实现,并利用ModelSim软件对各模块进行功能仿真,然后在QuartusⅡ软件中将各模块按照自下而上的方式搭建起来,完成整个算法的设计与实现。