擴(kuò)頻通信提供了一種抗干擾的有效途徑,。由于采用了偽隨機(jī)編碼擴(kuò)展頻譜，以及相關(guān)接收技術(shù),，使其具有很強(qiáng)的抗干擾性能,。軟件無線電^[4]SDR(Software Defined Radio)是近年來發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。它采用數(shù)字信號處理技術(shù),，在可編程控制的通用硬件平臺上,，利用軟件來定義無線電臺的各部分功能。其核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶“數(shù)字/模擬”轉(zhuǎn)換器,，盡早地完成信號的數(shù)字化,，從而使得無線電臺的功能盡可能地用軟件來定義和實現(xiàn)?；谲浖o線電進(jìn)行擴(kuò)頻通信系統(tǒng)設(shè)計具有設(shè)計靈活,、易于調(diào)試、縮短系統(tǒng)開發(fā)時間,，同時還具有可兼容性,，是未來的發(fā)展趨勢。
1 系統(tǒng)介紹
　　在系統(tǒng)發(fā)射端,，數(shù)據(jù)流經(jīng)過2比特串并轉(zhuǎn)換后分為I,、Q兩路，然后對I,、Q兩路數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻,。I路和Q路所選用的擴(kuò)頻碼子不相同，它們相互正交,。接著擴(kuò)頻后的I,、Q路信號分別通過平方根升余弦濾波，最后進(jìn)行正交調(diào)制,，將信號發(fā)射出去,。系統(tǒng)發(fā)射端原理圖如圖1所示。

　　系統(tǒng)接收端" title="接收端">接收端原理圖如圖2所示,。在接收端,，采用正交下變頻技術(shù)將接收信號頻帶搬移到零中頻，這樣便于DSP處理,，然后利用低通濾波濾除基帶帶外噪聲,，再進(jìn)行A/D變換，變換成可處理的數(shù)字信號，然后送入DSP,；在DSP內(nèi)進(jìn)行同步搜索和頻偏估計,，在同步搜索成功的基礎(chǔ)上，糾正載波頻偏和調(diào)整碼元采樣速率,；進(jìn)入同步跟蹤環(huán)節(jié),，它鎖定同步信息并跟蹤載波頻偏變化，然后進(jìn)行擴(kuò)頻碼的非相干解擴(kuò)解調(diào),，最后輸出原始信息,。

　　系統(tǒng)正常工作是建立在同步的基礎(chǔ)上，為了保證收端與發(fā)端同步,，接收端的頻率源" title="頻率源">頻率源采用直接數(shù)字頻率合成器(Direct Digital Frequency Synthesis 簡稱 DDS或DDFS),。它受DSP控制，通過DSP的控制,，調(diào)整收端頻率,，最終實現(xiàn)收發(fā)兩端同步。
　　系統(tǒng)基于軟件無線電開發(fā),，其關(guān)鍵點是利用DSP實時處理數(shù)據(jù),。為了保證實時處理數(shù)據(jù)，系統(tǒng)選用的DSP器件為TI公司生產(chǎn)的高速定點數(shù)字信號處理芯片TMS320C6416^[4],，其運(yùn)行時鐘目前最高可達(dá)700MHz,，單指令周期內(nèi)最多可支持八條指令并行運(yùn)行，故運(yùn)算速度最高可達(dá)5600MIPS,，是目前業(yè)界最快的數(shù)字信號處理器,。該DSP在系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)同步的提取，識別有用信號,，以及解擴(kuò)后信號的處理,。采用基于軟件無線電設(shè)計的思想符合通信系統(tǒng)數(shù)字化、實時化的發(fā)展趨勢,。
2 系統(tǒng)同步問題分析
　　系統(tǒng)的同步是一個關(guān)鍵問題,，系統(tǒng)的正常工作須建立在同步的基礎(chǔ)上。下面就系統(tǒng)同步的核心問題進(jìn)行分析,，分析引發(fā)同步不確定的因素可能造成的影響,。
2.1 同步的不確定性因素
　　引發(fā)同步不確定性的因素主要有以下幾方面：
　　(1) 頻率源通信中所用到的頻率源
　　晶振并不是理想中的頻率源，它主要受以下兩方面影響：
　　·頻率準(zhǔn)確度,，晶振的實際頻率總與標(biāo)稱頻率存在一定差異,；
　　·頻率穩(wěn)定度，它主要由溫度變化引起,。
　　由于頻率源之間存在的頻偏和頻率源的頻率漂移會造成發(fā)射端與接收端的載波頻率不一致和載波的漂移,，使系統(tǒng)性能下降,。另一方面，它會造成收發(fā)兩端信息流" title="信息流">信息流速率不一致,，當(dāng)發(fā)端信息流速率大于收端速率時,，可能造成信息丟失，當(dāng)發(fā)端信息流速率小于收端速率時,，收端會錯誤地多收數(shù)據(jù)。因此,，系統(tǒng)需要保證收發(fā)端頻率一致,。
　　(2) 電波傳播的時延
　　由于發(fā)射端與接收端相隔一定距離，以及頻偏的存在,，在時間上的積累反映為載波的相偏,。
　　(3) 多普勒頻移
　　它是由發(fā)射端與接收端相對位置的變化，引起頻率和傳輸時間的變化,。
　　(4) 多徑效應(yīng)
　　它是在傳輸過程中由于多路徑傳播引起的,。它主要影響系統(tǒng)中碼相位、載波頻率相位延遲造成同步的不確定,。
　　在衛(wèi)星通信中需要考慮的主要是頻率源的穩(wěn)準(zhǔn)度和多普勒現(xiàn)象,。
2.2 同步問題的影響分析
2.2.1 同步中的載波頻偏分析
　　為了便于分析，這里暫時忽略信道噪聲的影響,，則發(fā)射端信號為:

　　式中T為碼元速率的倒數(shù),，△f為接收端載波相對于發(fā)送端載波頻率的偏移，Φ為接收端相對于發(fā)送端的未知相偏 (由兩載波的相位差及信道時延造成),。
　　由上述推導(dǎo)不難發(fā)現(xiàn),，由于頻偏(△f)的存在，它對相關(guān)峰有一定影響,，呈Sa(π△fT)關(guān)系,。在頻偏小時，它對于求相關(guān)峰的影響可以忽略,。
2.2.2 收發(fā)兩端信息流頻率源不一致問題分析
　　如果收發(fā)兩端真正同步,，那么發(fā)端的信息流速率應(yīng)與收端解碼速率一致，而一般對碼片采樣點為一整數(shù),，那么此時收端采樣頻率(f_s)應(yīng)與發(fā)端擴(kuò)頻碼速率(R_N)的比值為一整數(shù),；不妨設(shè)為M，則有：

　　從上面推導(dǎo)還可知載波的頻偏只影響相關(guān)峰峰值,，不影響對擴(kuò)頻碼采樣獲得的樣點數(shù),。然而，如果收端與發(fā)端之間的信息流頻率不一致,，采樣的一條擴(kuò)頻碼的點數(shù)N′_S可能不等于N_S;如果采樣速率f′S＞M×R_N,，則估計出的下一幀擴(kuò)頻碼起始位置就比實際的起始位置要偏后,；為了盡可能減少收發(fā)兩端信息流頻偏值，應(yīng)盡可能選用穩(wěn)準(zhǔn)度較高的晶振,，盡可能保證傳一幀擴(kuò)頻碼的時間T_S內(nèi)實際采樣點與理論采樣點相差很小,。然而，在同步搜索階段,，由于沒有任何有用信息,，在DSP處理時，運(yùn)算量非常大,，要判決擴(kuò)頻碼的起始位置,，同時估計系統(tǒng)的載波頻偏，一般不可能實時處理完畢,，這就需要采取拋幀處理,。即在處理當(dāng)前幀時，將隨后的若干幀丟掉,，為了準(zhǔn)確估計所拋幀數(shù),，一般利用定時器的定時功能丟棄數(shù)據(jù)從而間接實現(xiàn)準(zhǔn)確拋數(shù)據(jù)幀數(shù)。前提是先假設(shè)收發(fā)數(shù)據(jù)流一致,，通過估計傳一幀擴(kuò)頻碼所需時間來估計需要拋幀數(shù)據(jù)的時間,。然而，實際中一般收發(fā)數(shù)據(jù)流不一致,，雖然差異較小,，但這樣可能因為累計偏差最后使得起始位置偏離所估計的位置。這就需用DSP控制DDS來調(diào)整接收端頻率源,，保證收發(fā)兩端頻率源一致,。
3 基于DSP的同步算法
3.1 載波頻偏估計算法
　　對于載波同步時出現(xiàn)的載波頻偏估計算法較多，時域頻偏估計和糾正的方法有多種,，例如：phase lock loop(PLL)法,、Fitz 算法、Maximum likelihood(ML)算法,、Data aided(DA)算法,、Difference feedforward estimation(DFE)算法、 Decision Directed Methods (DDM)算法以及Automatic frequency control(AFC)法,。在DSP中用得較多的是DFE算法^[2],，它是利用相鄰兩幀的相位差來估計頻偏。
　　頻域估計頻偏算法是利用FFT變換,，通過循環(huán)移位實現(xiàn)頻譜搬移,，在頻域作相關(guān)運(yùn)算，或退出頻域后再在時域作相關(guān)處理,，通過估計相關(guān)峰最大值所對應(yīng)的頻偏位置獲得頻偏大小,。
　　在DSP處理時的搜索階段,，可以通過計算相隔N幀的相位差來估計頻偏。
　　
　　這里考慮的頻偏相對信息速率不大^[1],。如果相對頻偏較大,，為了糾正大的頻偏，可以采取步進(jìn)措施,。當(dāng)DSP在同步搜索階段檢測不到信號時,，通過DDS微調(diào)，改變下變頻頻率,，從而實現(xiàn)廣域糾頻偏^[1],。
3.2 收發(fā)端信息流不一致解決算法
　　對于收端信息流與發(fā)端信息流速率不一致的情況，由上面基于軟件無線電處理解擴(kuò)分析知道,，實際中一般存在收發(fā)數(shù)據(jù)流不一致,，雖然差異較小,，但這樣可能因為累計偏差最后使得起始位置偏離所估計的位置,。因此在運(yùn)算時，為了獲得精確的擴(kuò)頻碼起始位置,，需要一定措施,；如果直接處理，可以采用多級逼近法：開始時判決在一定的擴(kuò)頻碼起始位置范圍,，接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過相關(guān)處理,，是否滿足判決條件；然后基于上一次的同步碼位置,，進(jìn)一步壓縮同步碼的起始位置范圍,，直到找到同步碼的真正起始位置。對于本系統(tǒng)采用二級逼近法實現(xiàn),，流程圖如圖3所示,。