運用軟件無(wú)線(xiàn)電的直擴通信終端設計

0 引言
直接序列擴頻通信是擴頻通信技術(shù)中的一種，具有抗干擾、抗多徑衰落、抗阻塞能力強，以及頻譜利用率高、保密性好、截獲率低、易于組網(wǎng)、進(jìn)行高精使測距等諸多優(yōu)點(diǎn)。
本文提出了一種基于軟件無(wú)線(xiàn)電的直擴系統的設計方案。給出了各項設計參數指標，并對所提出的設計方案進(jìn)行了仿真驗證。

1 系統基本結構
基于軟件無(wú)線(xiàn)電的直擴通信終端采用對中頻進(jìn)行數字化采樣，由軟件編程實(shí)現信號的擴頻、調制、解擴、解調等數字信號處理。本文重點(diǎn)介紹直擴通信終端的中頻數字處理的具體實(shí)現方案。直擴通信終端的結構框圖如圖1所示。

信號發(fā)射時(shí)，信息經(jīng)過(guò)信源、信道編碼后，與擴頻偽碼進(jìn)行相乘擴頻。為了使擴頻后的基帶信號與后面的DAC的轉換速率相匹配，在正交調制之前必須通過(guò)內插把低速率的擴頻基帶信號提升到DAC的轉換速率上。內插后的數據通過(guò)成形濾波器，以消除碼間干擾和高頻鏡像干擾，內插濾波后的擴頻基帶信號與載波相乘實(shí)現數字調制，之后通過(guò)高速DAC轉換成中頻模擬信號。
信號接收時(shí)，中頻模擬信號經(jīng)過(guò)高速ADC采樣后，與本地載波相乘進(jìn)行正交下變頻至零中頻，經(jīng)抽取濾波后，送入偽碼同步環(huán)進(jìn)行偽碼捕獲跟蹤。偽碼同步后，再經(jīng)過(guò)信號解擴解調以及相應的信道和信源解碼。

2 系統參數設計
直擴通信終端參數約束主要有如下幾個(gè)方面：
(1)信息數據的傳輸速率：由于該直擴通信終端主要用于低速率數據通信以及語(yǔ)音通信，而且目前語(yǔ)音編碼(如CELP、AMBE編碼)后的數據速率一般為 2.4Kb／s，4Kb／s，4.8Kb／s，8Kb／s，9.6Kb／s。因而在信息速率的選擇上設定信息速率為8Kb／s，信道編碼采用碼率為1／2 的卷積編碼。因此待擴頻的數據速率為16 Kb／s。
(2)擴頻偽碼類(lèi)型以及階數：由于所設計直擴通信終端目前完成的是點(diǎn)對點(diǎn)的通信，因而為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，在直擴通信終端中采用m序列作為擴頻偽碼。若m序列的長(cháng)度太長(cháng)，則不僅增長(cháng)了接收機的捕獲時(shí)間還增加了接收機結構的復雜性。若m序列長(cháng)度太短，則中頻數字化直擴通信終端的抗干擾能力減弱。因而采用折中方式，采用11階的m序列作為中頻數字化直擴通信終端的擴頻偽碼。
(3)擴頻處理增益：擴頻增益是直擴通信的一個(gè)重要參數，反映了系統抗干擾能力的強弱，是對信噪比改善程度的度量，其定義為接收機輸出信噪功率比與接收機的輸入信噪功率比之比，即：

其中：BRF為擴頻后的帶寬；Bb為基帶數據帶寬；Rc為擴頻后的偽碼速率；Rb為基帶數據速率。在本設計中，為了提高頻帶利用率，考慮到所允許的最大帶寬，這里設計偽碼的速率為4．096 Mb／s。因而，可以得到中頻數字化直擴通信終端的處理增益為24 dB。
(4)數字調制方式和中頻載頻：由于DPSK信號采用帶判決反饋結構的叉積鑒頻環(huán)不僅可以消除頻偏，而且還可以進(jìn)行差分解調，從而不需要載波的相位同步，簡(jiǎn)化了接收機的電路設計。因而采用DPSK作為中頻數字化直擴通信終端的數字調制方式。
在中頻載頻的選擇上，采用21．4MHz為中頻數字化直擴通信終端的中頻載頻。
(5)偽碼同步電路：對于偽碼捕獲電路框架，采用非相干串行捕獲法。其中的積分清洗濾波器可用累加器或者匹配濾波器來(lái)代替。由于直擴通信終端采用先解擴后解調，在解擴之前無(wú)法得到精確的載波相位和載頻，因此偽碼跟蹤電路采用非相干超前延時(shí)鎖相環(huán)。

3 仿真結果
由于偽碼速率為4.096 Mb／s，故由采樣定理可知至少需8.192 MHz的采樣頻率對偽碼采樣，考慮到偽碼跟蹤電路延遲超前鎖相環(huán)的方便設計，采用16.384 MHz的采樣速率對偽碼進(jìn)行采樣，即一個(gè)偽碼采四點(diǎn)。因而信息信號經(jīng)擴頻后得到的基帶擴頻信號速率為16.384Mb／s，而DAC轉換速率設定為 81．92 Mb／s，所以為匹配數據速率需要對基帶擴頻信號進(jìn)行內插，內插因子為81．92／16．384=5。接收過(guò)程為發(fā)送過(guò)程的反過(guò)程，抽取因子等于內插因子也為5。
為了提高頻譜利用率，消除碼間干擾，需要使用成形濾波器對擴頻后的碼片進(jìn)行成形濾波。在中頻數字化直擴通信終端設計中為了節省電路資源，把成形濾波器設計為既起碼片成形作用，又起內插濾波作用。為了降低濾波器的數據吞吐率，這里采用多項濾波結構?；鶐U頻信號在內插了5倍后，速率達到了81．92 Mb／s，因而濾波器的采樣頻率為81．92 MHz。由于采用DBPSK調制，偽碼速率為4．096 Mb／s，因調制后的信號3 dB帶寬為4．096 MHz，因此濾波器的截止頻率只要為2．048 MHz即可，但為了能較好地濾出信號頻率，在中頻數字化直擴通信終端中，設定濾波器的截止頻率為4．096 MHz，從而既滿(mǎn)足了內插濾波的要求又滿(mǎn)足了碼片成形的要求。由于收發(fā)過(guò)程中都使用了成形濾
波器，所以成形濾波器采用平方根升余弦濾波器。
根據所設定的參數，進(jìn)行了直擴通信終端的擴頻調制仿真，發(fā)射部分Matlab仿真結果如圖2所示。

由圖2可知，信息數據經(jīng)過(guò)擴頻之后，其頻譜在整個(gè)頻段中得到了擴展，再與載頻為21．4 MHz的載波相乘實(shí)現數據的上變頻(即DPSK調制)。

在接收端，信號經(jīng)過(guò)下變頻、抽取后，采用串行捕獲方法，偽碼捕獲同步后，便可進(jìn)行信號的解擴工作，解擴后的仿真波形如圖3所示。

由圖3可以看出，信號經(jīng)過(guò)相關(guān)解擴處理后，有用信號被解擴，其功率譜集中于信息帶寬內。而無(wú)用信號通過(guò)相關(guān)器后，頻譜雖然大大的展寬了，但信號在整個(gè)頻帶內的能量不變。
解擴后的信號經(jīng)過(guò)低通濾波，信息解調后得到如圖4所示。接收到的擴頻信號經(jīng)過(guò)正交下變頻、抽取濾波、偽碼同步、低通濾波和信息解調后得到的信息數據與所發(fā)送的信息數據完全一樣。

4 結語(yǔ)
主要討論了擴頻通信中的直擴通信系統的軟件無(wú)線(xiàn)電實(shí)現結構及其參數設計，包括擴頻偽碼類(lèi)型、擴頻增益、中頻選取、偽碼同步電路等，并用Matlab仿真了該方案。仿真結果表明方案的可行性。同時(shí)表明該設計方案具有體積小，靈活性好，低功耗，擴展性強等優(yōu)點(diǎn)。