基于軟件無線電的直擴系統(tǒng)的設計

　　直接序列擴頻通信是擴頻通信技術中的一種，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、進行高精使測距等諸多優(yōu)點。

　　本文提出了一種基于軟件無線電的直擴系統(tǒng)的設計方案。給出了各項設計參數(shù)指標，并對所提出的設計方案進行了仿真驗證。

　　1 系統(tǒng)基本結構

　　基于軟件無線電的直擴通信終端采用對中頻進行數(shù)字化采樣，由軟件編程實現(xiàn)信號的擴頻、調制、解擴、解調等數(shù)字信號處理。本文重點介紹直擴通信終端的中頻數(shù)字處理的具體實現(xiàn)方案。直擴通信終端的結構框圖如圖1所示。

　　信號發(fā)射時，信息經過信源、信道編碼后，與擴頻偽碼進行相乘擴頻。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(shù)據通過成形濾波器，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現(xiàn)數(shù)字調制，之后通過高速DAC轉換成中頻模擬信號。

　　信號接收時，中頻模擬信號經過高速ADC采樣后，與本地載波相乘進行正交下變頻至零中頻，經抽取濾波后，送入偽碼同步環(huán)進行偽碼捕獲跟蹤。偽碼同步后，再經過信號解擴解調以及相應的信道和信源解碼。

　　2 系統(tǒng)參數(shù)設計

　　直擴通信終端參數(shù)約束主要有如下幾個方面：

　　(1)信息數(shù)據的傳輸速率：由于該直擴通信終端主要用于低速率數(shù)據通信以及語音通信，而且目前語音編碼(如CELP、AMBE編碼)后的數(shù)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(shù)據速率為16 Kb/s。

　　(2)擴頻偽碼類型以及階數(shù)：由于所設計直擴通信終端目前完成的是點對點的通信，因而為了簡便起見，在直擴通信終端中采用m序列作為擴頻偽碼。若m序列的長度太長，則不僅增長了接收機的捕獲時間還增加了接收機結構的復雜性。若m序列長度太短，則中頻數(shù)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(shù)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重要參數(shù)，反映了系統(tǒng)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(shù)據帶寬;Rc為擴頻后的偽碼速率;Rb為基帶數(shù)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(shù)字化直擴通信終端的處理增益為24 dB。

　　(4)數(shù)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，而且還可以進行差分解調，從而不需要載波的相位同步，簡化了接收機的電路設計。因而采用DPSK作為中頻數(shù)字化直擴通信終端的數(shù)字調制方式。

　　在中頻載頻的選擇上，采用21.4MHz為中頻數(shù)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代替。由于直擴通信終端采用先解擴后解調，在解擴之前無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行采樣，即一個偽碼采四點。因而信息信號經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(shù)據速率需要對基帶擴頻信號進行內插，內插因子為81.92/16.384=5。接收過程為發(fā)送過程的反過程，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行成形濾波。在中頻數(shù)字化直擴通信終端設計中為了節(jié)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(shù)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(shù)字化直擴通信終端中，設定濾波器的截止頻率為4.096 MHz，從而既滿足了內插濾波的要求又滿足了碼片成形的要求。由于收發(fā)過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(shù)，進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(shù)據經過擴頻之后，其頻譜在整個頻段中得到了擴展，再與載頻為21.4 MHz的載波相乘實現(xiàn)數(shù)據的上變頻(即DPSK調制)。