扩频通信系统的中频数字化处理技术

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摘要:介绍了一种应用于抗干扰综合信息系统的数字扩频通信系统,具体讨论了利用匹配滤波器完成PN码的快速捕获和利用谱估计完成载频的频移补偿的数字化处理技术,系统可以实现远距离的无线数据通信,文中给出了中频数字部分的实现原理以及软硬件框图。
    关键词:扩频通信;软件无线电;快速捕获;匹配滤波器;同步扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication) 技术(以下简称扩频通信),早在第二次世界大战期间就已提出,其拓展也基本上是在军事领域随着电子对抗拓展起来的。扩频通信具有抗干扰、抗多径、保密性好等优点。20世纪70年代以来,扩频通信的理论和应用方法得到了很大拓展[1],特别是从80 年代末,美国联邦通信委员会(FCC)规划了ISM波段并批准扩频通信使用该频段来,扩频通信技术得到了快速的拓展和广泛的应用。直接序列扩频(直扩)作为扩频通信的一种常用方式,已成功地应用于民用CDMA蜂窝移动通信系统(IS-95),并已成为第三代移动通信系统的核心技术之一,充分显示了其显著优点和强大生命力。为了在复杂的电磁环境下建立区域的抗干扰综合信息系统,我们利用直扩技术建立了适合我们应用环境的扩频通信系统。该扩频通信系统在一定程度上体现了软件无线电[2]的设计思想,对中频信号进行模数(数模)转换和正交下变频,在零中频上实现信息的解扩解调。符号速率、调制方式、PN码及处理增益、中频频率、输出电平等都可由软件实时控制或更改,关键工作过程由DSP和FPGA共同实现, 保证了系统的灵活性、通用性和功能扩展的能力。
   扩频通信系统中频部分硬件结构图后变换到中频,该中频信号通过AD带通采样后在 ASIC芯片中进行数字下变频变换到基带,FPGA中的快速捕获模块利用本地PN码对基带(I,Q)值做匹配滤波(相关累加),并完成峰值检测,其峰值对应的相关累加结果送DSP中完成信息的解调与帧同步以及RS解码。发送信息时首先在DSP中将待扩信息进行RS编码,送至ASIC芯片与PN码相乘及扩频,扩频信号经过脉冲成形滤波器后数字调制到中频,然后再通过DA变换成模拟信号送至射频混频电路完成信号的混频与发射。
    其中频部分基本原理图如图2所示,图2中实线框的功能由硬件实现, 虚线表示软件实现的部分。为保证灵活性,发送通路和接收通路具有相互独立的载波NCO,控制字为 32位。接收和发送通路具有相同通带特性的脉冲成形滤波器,该滤波器为可编程的平方根升余弦 FIR滤波器,阶数35,滚降系数0.4,带外抑制不小于 25 dB,并进行了8倍抽取或内插。

[正文图表略.]
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