移动站接收机的FPGA实现步骤

虽然很多人没听说过移动站接收机，但移动站接收机在无线通信和智能手机方面应用广泛，是常见的电子组件之一，在智能手机模块里是以FPGA实现的，所以本文将分享移动站接收机的FPGA实现步骤。

移动站接收机要实现的功能有导频信道伪随机序列的捕获、跟踪和定时;同步信道的接收;实现系统同步;寻呼信道的接收;业务信道的接收。为实现以上功能，移动站接收机可由A/D转换、RAKE接收、PN捕获、定时跟踪和自动频率校正（AFC）等基本模块组成。

1、导频捕获单元FPGA实现

移动站接收机捕获单元框图如图6所示。捕获单元在一个码片时间内完成32个相位的相关运算，以1/2chip为步长在16chip范围内搜索相关峰，对I、Q两种相关的结果进行平方和运算，得到解相关输出信号的能量。PN码发生器2产生用于搜索相关的I/0路PN码。比较搜索单元比较32个相关值中的最大值，存储该最大值对对的相位以及PN码发生器2的初始状态，用于搜索所的PN相位后使系统与导频信道同步。PN码姓器1在每次相关的过程中向前跳跃16个状态，同时在每次32个相位相关之前将发生器的状态置入PN码发生器2，从而实现每次能搜索新的32个相位，直到32768×2个相位全部搜索完毕。

2、RAKE接收机及自动频率校正单元的FPGA实现

跟踪单元中定时误差的估计可直接利用信道估计的结果，AFC模块根据RAKE的合关结构估计频偏，因此实现时把跟踪、RAKE接收和AFC合在一起考虑。定时跟踪单元根据捕获到的PN码相位设定接收机工作窗的位置。RAKE接收机完成最强径信号的解扩接收，同时利用搜索相关器，在对工作窗内各径动态搜索的同时，获得最强径超前和延迟半个码片的两路信号的相关能量，两路相减形成误差信号，跟踪环路根据误差的大小对数据延迟线的抽头进行调整。RAKE接收机的结构如图7所示。自动频率校正采用中频频率补偿方案，根据RAKE接收机输出的导频信道的解扩信号，估计出包含移动台和基站之间载波频率率误差的控制信号，经过数模变换后输出至射频模块，调节移动台振荡器的输出频率，使之与基站的输出频率相同，保证前向业务信道数据的正确解调。

移动站接收机中信道估计、数据解扩及定时跟踪都需要接收信号与本地序列进行相关运算，相关器组在整个接收机设计中占很大的资源。自动频率校正环路与数据速率相比，调整速度很慢，可用于数据处理的时间很充裕。为节省硬件资源，在设计中大量使用了串行处理和模块时分复用技术。

3、硬件实现结果

采用VHDL语言对各个模块进行了描述，并同样运用Aldec公司的ActiveVHDL仿真工具进行了功能仿真和验证。在验证了功能的正确性以后，采用EDA级合工具Exemplar对电路进行了综合和优化。最后利用Altera公司提供的Quartus软件将设计的逻辑下载到了一片APEX20k EP20K20ORC240 FPGA中。