基于软件无线电的扩频通信同步研究

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表时间:2007-06-29 人气:1

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　　摘要：基于软件无线电扩频通信中的载波频偏及收发两端信源速率不匹配进行了研究，并提出了实现扩频同步的解决算法。

　　关键词：软件无线电 DSP 扩频通信

　　扩频通信提供了一种抗干扰的有效途径。由于采用了伪随机编码扩展频谱，以及相关接收技术，使其具有很强的抗干扰性能。软件无线电SDR（Software Defined Radio）是近年来发展起来的一门新兴学科。它采用数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来定义无线电台的各部分功能。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带“数字/模拟”转换器，尽早地完成信号的数字化，从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。基于软件无线电进行扩频通信系统设计具有设计灵活、易于调试、缩短系统开发时间，同时还具有可兼容性，是未来的发展趋势。

　　1 系统介绍

　　在系统发射端，数据流经过2比特串并转换后分为I、Q两路，然后对I、Q两路数据进行扩频。I路和Q路所选用的扩频码子不相同，它们相互正交。接着扩频后的I、Q路信号分别通过平方根升余弦滤波，最后进行正交调制，将信号发射出去。系统发射端原理图如图1所示。

　　系统接收端原理图如图2所示。在接收端，采用正交下变频技术将接收信号频带搬移到零中频，这样便于DSP处理，然后利用低通滤波滤除基带带外噪声，再进行A/D变换，变换成可处理的数字信号，然后送入DSP；在DSP内进行同步搜索和频偏估计，在同步搜索成功的基础上，纠正载波频偏和调整码元采样速率；进入同步跟踪环节，它锁定同步信息并跟踪载波频偏变化，然后进行扩频码的非相干解扩解调，最后输出原理信息。

　　系统正常工作是建立在同步的基础上，为了保证收端与发端同步，接收端的频率源采用直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesis简称DDS或DDFS）。它受DSP控制，通过DSP的控制，调整收端频率，最终实现收发两端同步。

　　系统基于软件无线电开发，其关键点是艇DSP实现处理数据。娄了保证实时处理数据，系统选用的DSP器件为TI公司生产的高速定点数字信号处理芯片TMS320C6416，其运行时钟目前最高可达700MHz，单指令周期内最多可支持八条指令并行运行，故运算速度最高可达5600MIPS，是目前业界最快的数字信号处理器。该DSP在系统中主要负责同步的提取，识别有用信号，以及解扩后信号的处理。采用基于软件无线电设计的思想符合通信系统数字化、实时化的发展趋势。

　　2 系统同步问题分析

　　系统的同步是一个关键问题，系统的正常工作须建立在同步的基础上。下面就系统同步的核心问题进行分析，分析引发同步不确定的因素可能造成的影响。

　　2．1 同步的不确定性因素

　　引发同步不确定性的因素主要有以下几方面：

　　（1）频率源通信中所用到的频率源

　　晶振并不是理想中的频率源，它主要受以下两方面影响：

　　·频率准确度，晶振的实际频率总与标称频率存在一定差异；

　　·频率稳定度，它主要由温度变化引起。

　　由于频率源之间存在的频偏和频率源的频率漂移会造成发射端与接收端的载波频率不一致和载波的漂移，使系统性能下降。另一方面，它会造成收发两部信息流速率不一致，当发端信息流速率大于收端速率时，可能造成信息丢失，当发端信息流速率小于收端速率时，收端会错误地多收数据。因此，系统需要保证收发端频率一致。

　　（2）电波传播的时延

　　由于发射端与接收端相隔一定距离，以及频偏的存在，在时间上的积累反映为载波的相偏。

　　（3）多普勒频移

　　它是由发射端与接收端相对位置的变化，引起频率和传输时间的变化。

　　（4）多径效应

　　它是在传输过程中由于多路径传播引起的。它主要影响系统中码相位、载波频率相位延迟造成同步的不确定。

　　在卫星通信中需要考虑的主要是频率源的稳准度和多普勒现象。

　　2．2 同步问题的影响分析

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