基于软件无线电的直扩系统的设计

2011-08-31 13:34:03来源: 互联网

  0 引言

  直接序列扩频通信是扩频通信技术中的一种,具有抗干扰、抗多径衰落、抗阻塞能力强,以及频谱利用率高、保密性好、截获率低、易于组网、进行高精使测距等诸多优点。

  本文提出了一种基于软件无线电的直扩系统的设计方案。给出了各项设计参数指标,并对所提出的设计方案进行了仿真验证。

  1 系统基本结构

  基于软件无线电的直扩通信终端采用对中频进行数字化采样,由软件编程实现信号的扩频、调制、解扩、解调等数字信号处理。本文重点介绍直扩通信终端的中频数字处理的具体实现方案。直扩通信终端的结构框图如图1所示。

  


 

 

  信号发射时,信息经过信源、信道编码后,与扩频伪码进行相乘扩频。为了使扩频后的基带信号与后面的DAC的转换速率相匹配,在正交调制之前必须通过内插把低速率的扩频基带信号提升到DAC的转换速率上。内插后的数据通过成形滤波器,以消除码间干扰和高频镜像干扰,内插滤波后的扩频基带信号与载波相乘实现数字调制,之后通过高速DAC转换成中频模拟信号。

  信号接收时,中频模拟信号经过高速ADC采样后,与本地载波相乘进行正交下变频至零中频,经抽取滤波后,送入伪码同步环进行伪码捕获跟踪。伪码同步后,再经过信号解扩解调以及相应的信道和信源解码。

  2 系统参数设计

  直扩通信终端参数约束主要有如下几个方面:

  (1)信息数据的传输速率:由于该直扩通信终端主要用于低速率数据通信以及语音通信,而且目前语音编码(如CELP、AMBE编码)后的数据速率一般为 2.4Kb/s,4Kb/s,4.8Kb/s,8Kb/s,9.6Kb/s。因而在信息速率的选择上设定信息速率为8Kb/s,信道编码采用码率为1/2 的卷积编码。因此待扩频的数据速率为16 Kb/s。

  (2)扩频伪码类型以及阶数:由于所设计直扩通信终端目前完成的是点对点的通信,因而为了简便起见,在直扩通信终端中采用m序列作为扩频伪码。若m序列的长度太长,则不仅增长了接收机的捕获时间还增加了接收机结构的复杂性。若m序列长度太短,则中频数字化直扩通信终端的抗干扰能力减弱。因而采用折中方式,采用11阶的m序列作为中频数字化直扩通信终端的扩频伪码。

  (3)扩频处理增益:扩频增益是直扩通信的一个重要参数,反映了系统抗干扰能力的强弱,是对信噪比改善程度的度量,其定义为接收机输出信噪功率比与接收机的输入信噪功率比之比,即:

  

d.JPG

 

  其中:BRF为扩频后的带宽;Bb为基带数据带宽;Rc为扩频后的伪码速率;Rb为基带数据速率。在本设计中,为了提高频带利用率,考虑到所允许的最大带宽,这里设计伪码的速率为4.096 Mb/s。因而,可以得到中频数字化直扩通信终端的处理增益为24 dB。

  (4)数字调制方式和中频载频:由于DPSK信号采用带判决反馈结构的叉积鉴频环不仅可以消除频偏,而且还可以进行差分解调,从而不需要载波的相位同步,简化了接收机的电路设计。因而采用DPSK作为中频数字化直扩通信终端的数字调制方式。

  在中频载频的选择上,采用21.4MHz为中频数字化直扩通信终端的中频载频。

  (5)伪码同步电路:对于伪码捕获电路框架,采用非相干串行捕获法。其中的积分清洗滤波器可用累加器或者匹配滤波器来代替。由于直扩通信终端采用先解扩后解调,在解扩之前无法得到精确的载波相位和载频,因此伪码跟踪电路采用非相干超前延时锁相环。

  3 仿真结果

  由于伪码速率为4.096 Mb/s,故由采样定理可知至少需8.192 MHz的采样频率对伪码采样,考虑到伪码跟踪电路延迟超前锁相环的方便设计,采用16.384 MHz的采样速率对伪码进行采样,即一个伪码采四点。因而信息信号经扩频后得到的基带扩频信号速率为16.384Mb/s,而DAC转换速率设定为81.92 Mb/s,所以为匹配数据速率需要对基带扩频信号进行内插,内插因子为81.92/16.384=5。接收过程为发送过程的反过程,抽取因子等于内插因子也为5。

  为了提高频谱利用率,消除码间干扰,需要使用成形滤波器对扩频后的码片进行成形滤波。在中频数字化直扩通信终端设计中为了节省电路资源,把成形滤波器设计为既起码片成形作用,又起内插滤波作用。为了降低滤波器的数据吞吐率,这里采用多项滤波结构。基带扩频信号在内插了5倍后,速率达到了81.92 Mb/s,因而滤波器的采样频率为81.92 MHz。由于采用DBPSK调制,伪码速率为4.096 Mb/s,因调制后的信号3 dB带宽为4.096 MHz,因此滤波器的截止频率只要为2.048 MHz即可,但为了能较好地滤出信号频率,在中频数字化直扩通信终端中,设定滤波器的截止频率为4.096 MHz,从而既满足了内插滤波的要求又满足了码片成形的要求。由于收发过程中都使用了成形滤波器,所以成形滤波器采用平方根升余弦滤波器。

  根据所设定的参数,进行了直扩通信终端的扩频调制仿真,发射部分Matlab仿真结果如图2所示。

  


 

 

  由图2可知,信息数据经过扩频之后,其频谱在整个频段中得到了扩展,再与载频为21.4 MHz的载波相乘实现数据的上变频(即DPSK调制)。

[1] [2]

关键字:软件无线电  直扩系统

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2011/0831/article_6528.html
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