【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于数字信号处理，具体的说是一种基于fpga的扩频通信方法，更具体的说是一种直接序列扩频调制方法，通过合理设计扩频，有效提高通信系统的损耗利用率，降低通信功耗，提高抗干扰性能。
技术介绍
1、扩频通信的核心是扩展信号的带宽，以提高抗干扰性能。在扩频通信中，一种常见的方法是使用伪随机序列，如脉冲编码调制（pcm）或直接序列扩频（dsss）。这些技术通过将数据信息转化为高带宽的信号，使得在频域上的抗干扰性能得以提高。
2、fpga 具有并行计算的优势，可以同时处理多个数据流。这在扩频通信中是有益的，因为扩频涉及到对信号进行复杂的变换，包括乘法、加法和相关运算等。fpga 的并行性使得可以高效地实现这些运算，提高信号处理的速度。
3、fpga 提供了实时信号处理的能力，适用于需要低延迟和实时性能的通信系统。在扩频通信中，实时处理对于在高噪声环境中保持通信连接的稳定性至关重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的利用fpga灵活可编程性实现数字通信中经典的扩频通信，提出了一种基于fpga的扩频通信方法，完成直接序列扩频，采用ldpc编码方式，qpsk、64qam高阶调制，保证了扩频通信的准确性，减少误码率。
2、扩频通信的理论基础来源于著名的香农定理，其公式可以表示为：
3、
4、其中 c 为信道的容量，b 为信道的带宽，s/n 为信噪比。上式说明了如果想要在低信噪比的条件下获得较高的信道容量，可以通过增大信号的带宽来获
5、本专利技术在发送端，信源信息经过信道ldpc编码后，先进行扩频调制，然后进行qpsk、64qam调制送入信道中。在接收端，首先对接收信号中的干扰进行抑制，然后对伪码进行捕获，同时估计信道传输造成的多普勒频移，用同步后的本地伪码序列对干扰抑制后的信号进行解扩。解扩后的信号送入解调模块，解调模块使用估计出来的多普勒频移值对载波进行补偿，成功解调后进行信道译码恢复出原始信源信息。
6、该专利技术实现过程如图1所示：
7、数据源，得到发送的原始数字信号；
8、ldpc编码模块，构建校验矩阵h，对原始信号进行ldpc信道编码；
9、生成h矩阵的过程可以分为一下几个步骤：
10、步骤1、输入参数：
11、码率 r 和块长度 n；
12、节点度分布，例如 3-正则；
13、选择完全剩余系的参数，如模数 p。
14、步骤2、计算节点度分布：
15、根据选择的节点度分布计算每个节点的度数。对于 3-正则码，每个节点的度数为3。
16、步骤3、构建基本矩阵：
17、初始化一个 n *(n−r) 的零矩阵作为基本h矩阵。
18、对于每个节点，随机选择 3 个列，并在对应位置设置为 1。
19、步骤4、选择完全剩余系：
20、选择一个素数模数 p，可以直接选择已知的素数。
21、选择一个整数 a，计算 a 对模数 p 的完全剩余系。
22、步骤5、填充矩阵：
23、遍历基本矩阵中的每个 1 的位置。
24、将每个 1 替换为选择的完全剩余系中的元素。
25、步骤6、调整矩阵：
26、针对整个 h 矩阵进行一些调整，以确保满足规则 ldpc 码的性能和要求。这可能包括调整元素的位置、添加额外结构等。
27、步骤7、生成系统化矩阵：
28、将基本的 h 矩阵转换为系统化形式，以便更好地支持编码和解码操作。通常，系统化矩阵包括单位矩阵和一个特殊的下三角矩阵。
29、步骤8、输出结果：
30、输出生成的 ldpc 码的奇偶校验矩阵 h。
31、ldpc 编码的一般步骤如下：
32、步骤1、生成信息比特：将要传输的信息分成块，得到信息比特流。
33、步骤2、生成校验比特：通过矩阵乘法将信息比特与 h 矩阵相乘，得到校验比特。这一步可以表示为c=m*h，其中 c 是编码后的比特，m 是信息比特流，h 是 ldpc 码的奇偶校验矩阵。
34、步骤3、输出编码块：将信息比特和校验比特合并，得到最终的编码块。这个编码块是要传输的 ldpc 码。
35、扩频调制模块，先使用多目标遗传算法对伪随机序列进行优化：
36、初始化一个种群，其中每个个体表示一个码片序列。然后，我们使用遗传算子选择对种群中的个体进行操作，以产生下一代个体。通过逐代迭代，种群中的个体逐渐趋向于帕累托前沿，即一组非劣解，它们在多个目标之间不存在明显的优劣关系。
37、得到性能较好的伪随机序列m序列，对编码后的信号进行扩频调制；
38、载波调制模块，将信号进行qpsk、64qam载波调制；
39、信道模块，将得到的信号加入高斯白噪声和窄带干扰；
40、扩频解调模块，将信道输出的信号用伪随机序列m序列进行解扩；
41、载波解调模块，将解扩后的信号进行qpsk、64qam解调；
42、ldpc译码模块，在成功解调后进行信道译码，恢复出原始信源信息。
43、ldpc译码模块进行多轮迭代。在每一轮迭代中，进行以下步骤：
44、步骤1、更新变量节点消息：对于每个信息比特节点，计算该节点向连接的校验比特节点发送的消息。这可以通过将接收到的信号与其他相邻的校验比特节点的消息相结合计算得到。对于第i个 信息比特节点，计算消息为：
45、
46、其中 y 是接收到的信号， n(i) 是与第i个节点相连的所有节点， j 是第i个节点的一个相邻节点。
47、步骤2、更新校验节点消息： 对于每个校验比特节点，计算该节点向连接的信息比特节点发送的消息。这可以通过将连接的信息比特节点的消息相结合计算得到。对于第j个校验比特节点，计算消息为：
48、
49、其中 m(j)是与第j个节点相连的所有节点， i是第j个节点的一个相邻节点。
50、步骤3、检查停止条件： 在每一轮迭代之后，检查是否满足停止条件。停止条件可以是达到最大迭代次数，或者根据一些其他准则来判断是否达到了足够的纠错性能。
51、步骤4、输出信息比特： 在解码完成后，从信息比特节点中得到最终的信息比特。
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1.一种基于FPGA的扩频通信方法，其特征在于，采用 低密度奇偶校验信道编码模块，构建稀疏矩阵，进行奇偶校验，对原始信号进行低密度奇偶校验信道编码解码；
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的扩频通信方法，其特征在于，利用多目标遗传算法对伪随机二进制序列M序列进行优化，作为扩频码，其步骤为：
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的扩频通信方法，其特征在于，生成H矩阵的过程可以分为一下几个步骤：
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的扩频通信方法，其特征在于，LDPC 编码的一般步骤如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的扩频通信方法，其特征在于，数字调制解调采用QPSK、64QAM方式。
6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的扩频通信方法，其特征在于，LDPC译码模块进行多轮循环；在每一轮循环中，进行以下步骤：
7.其中 y 是接收到的信号， N(i) 是与第i个节点相连的所有节点， j 是第i个节点的一个相邻节点；
8.其中 M(j)是与第j个节点相连的所有节点， i是
...【技术特征摘要】
1.一种基于fpga的扩频通信方法，其特征在于，采用 低密度奇偶校验信道编码模块，构建稀疏矩阵，进行奇偶校验，对原始信号进行低密度奇偶校验信道编码解码；
2.根据权利要求1所述的一种基于fpga的扩频通信方法，其特征在于，利用多目标遗传算法对伪随机二进制序列m序列进行优化，作为扩频码，其步骤为：
3.根据权利要求1所述的一种基于fpga的扩频通信方法，其特征在于，生成h矩阵的过程可以分为一下几个步骤：
4.根据权利要求1所述的一种基于fpga的扩频通信方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕有胜，印茂伟，杨超，黎泽林，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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