（中國電子科技集團(tuán)公司第七研究所，廣東 廣州 510310）

1 引言

擴(kuò)頻通信被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代商用和軍事通信領(lǐng)域。擴(kuò)頻通信由于自身優(yōu)良的抗截獲和抗干擾性能，成為軍事通信對抗領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。選擇超長偽碼序列可以增加隱蔽性，降低截獲率。長碼直擴(kuò)信號的偽碼周期遠(yuǎn)大于符號周期，改變了偽碼的周期和相關(guān)特性，使參數(shù)估計難度增大，破譯難度更高。對長偽碼序列實(shí)施波形重合干擾也幾乎不可能，有的偽碼序列周期長達(dá)10年之久。本文將對超長序列擴(kuò)頻通信的相關(guān)研究及仿真實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

2 設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1 擴(kuò)頻解擴(kuò)基本原理

擴(kuò)頻解擴(kuò)原理框圖如圖1所示：

圖1 擴(kuò)頻解擴(kuò)原理框圖

假設(shè)采用BPSK的調(diào)制信號，調(diào)制信號為s(t)，發(fā)射端的擴(kuò)頻碼為c(t)，接收端的擴(kuò)頻碼為c'(t)，在擴(kuò)頻沒有同步的時候，c(t)和c'(t)是不一致的。

解擴(kuò)的目的是保持c(t)和c'(t)的一致，此時RX(t)=c(t)×s(t)×cosw0t×c'(t)，當(dāng)c(t)和c'(t)一致時，則有：RX(t)=c(t)2×s(t)×cosw0t。

數(shù)字調(diào)制時，c(t)取值為±1。則RX(t)=s(t)×cosw0t，即同于發(fā)射端的調(diào)制信號，此時只需要在后面進(jìn)行解調(diào)處理即可。

數(shù)字?jǐn)U頻解擴(kuò)波形如圖2所示：

圖2 數(shù)字?jǐn)U頻解擴(kuò)波形圖

實(shí)際情況是收信號c(t)和發(fā)信號c'(t)都是采用本地時鐘，所以會導(dǎo)致c(t)和c'(t)不一致的問題，解擴(kuò)的同步就是需要考慮c'(t)如何與c(t)保持同步的問題。

2.2 基于載波同步的擴(kuò)頻解擴(kuò)實(shí)現(xiàn)

擴(kuò)頻解擴(kuò)有多種實(shí)現(xiàn)方式，如發(fā)射參考信號法、最大似然接收法、串行捕獲法等。下面討論基于載波恢復(fù)的擴(kuò)頻同步方法的實(shí)現(xiàn)。獲取發(fā)射信號的載波信息，可以采用科斯塔斯環(huán)載波同步的方法實(shí)現(xiàn)，具體如圖3所示。

圖3 科斯塔斯環(huán)載波同步原理圖

接收到的信號為：

在環(huán)路鎖定的情況下，DDS輸出的兩路本地載波分別為：

式中，θ是DDS輸入已調(diào)信號載波與輸出信號之間相位的差值，一般是一個很小的數(shù)值。

接收信號與V1、V2信號相乘得到V3、V4：

經(jīng)過低通濾波LPF后，得到V5、V6：

V5、V6相乘產(chǎn)生的誤差信號是Vd：

它通過環(huán)路濾波器濾波后來控制DDS輸出的相位和頻率信息，使穩(wěn)態(tài)相位誤差減小到很小的數(shù)值，最終沒有頻差（即wc同頻）。此時DDS的輸出就是所需的同步載波。

基于載波恢復(fù)的解擴(kuò)實(shí)現(xiàn)原理如圖4所示。

圖4 基于載波恢復(fù)的解擴(kuò)實(shí)現(xiàn)原理框圖

解擴(kuò)步驟：

（1）接收信號通過科斯塔斯（COSTAS）載波恢復(fù)模塊，恢復(fù)接收信號的載波cosw0t。

（2）將cosw0t和原來的信號相乘后，得RX(t)=c(t)×s(t)×cosw0t×cosw0t，通過低通濾波器濾除高頻分量，得RX(t)=c(t)×s(t)，即接收信號的擴(kuò)頻碼和調(diào)制序列的乘積。將擴(kuò)頻碼通過與本地的擴(kuò)頻序列做相關(guān)運(yùn)算，得到相關(guān)峰，即可得到發(fā)送方的擴(kuò)頻碼和起始位置。雙方采用相同的擴(kuò)頻碼，在恢復(fù)出起始位置的情況下，恢復(fù)出發(fā)送方的擴(kuò)頻序列c(t)。

（3）將c(t)與接收信號相乘，RX(t)=c(t)2×s(t)×cosw0t，c(t)取值為±1。此時RX(t)=s(t)×cosw0t即為調(diào)制信號，送給后端做解調(diào)處理。

2.3 關(guān)于擴(kuò)頻解擴(kuò)的仿真分析

在本系統(tǒng)仿真中，依然采用科斯塔斯環(huán)載波恢復(fù)方式，如圖5所示。

圖5 擴(kuò)頻解擴(kuò)的系統(tǒng)仿真圖

本仿真擴(kuò)頻碼同步采用滑動相關(guān)捕獲法，滑動相關(guān)捕獲法子系統(tǒng)框圖如圖6所示。

圖6 滑動相關(guān)捕獲法子系統(tǒng)

下面的仿真圖是在信噪比為–30dB的情況下，將擴(kuò)頻倍數(shù)增大到1 024倍后做的仿真。由仿真圖可以看出，在極低信噪比下，數(shù)據(jù)仍然能夠很好地恢復(fù)出來。

（1）在信噪比為–30dB的情況下，接收的信號波形圖如圖7所示。

（2）載波恢復(fù)情況如圖8所示。圖8中上半部分為發(fā)射載波，下半部分為恢復(fù)載波。通過對比可以看出在信噪比為–25dB的情況下恢復(fù)載波沒有問題。

（3）擴(kuò)頻序列恢復(fù)情況如圖9所示。圖9中上半部分為恢復(fù)的序列，下半部分為原始序列。通過對比可以看出在信噪比為–30dB的情況下恢復(fù)擴(kuò)頻碼沒有問題。

（4）數(shù)據(jù)恢復(fù)情況如圖10所示。圖10中上半部分為原始數(shù)據(jù)的序列，下半部分為經(jīng)解擴(kuò)和解調(diào)后恢復(fù)的數(shù)據(jù)。通過對比可以看出在信噪比為–30dB的情況下恢復(fù)數(shù)據(jù)沒有問題。

圖7 在低信噪比情況下接收的信號波形圖

圖8 在低信噪比情況下載波的恢復(fù)情況

圖9 在低信噪比情況下擴(kuò)頻碼的恢復(fù)情況

圖10 在低信噪比情況下數(shù)據(jù)的恢復(fù)情況

3 結(jié)論

通過仿真分析，證明了超長序列擴(kuò)頻解擴(kuò)的方法在極低的信噪比下仍能通信，而且大大增強(qiáng)了抗干擾能力，同時也提高了抗截獲概率。

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