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(hào)處理技術(shù),，在可編程控制的通用硬件平臺(tái)上，利用軟件來定義無線電臺(tái)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(hào)的數(shù)字化，從而使得無線電臺(tái)的功能盡可能地用軟件來定義和實(shí)現(xiàn),?；谲浖o線電進(jìn)行擴(kuò)頻通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有設(shè)計(jì)靈活、易于調(diào)試,、縮短系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間,，同時(shí)還具有可兼容性，是未來的發(fā)展趨勢(shì),。
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(duì)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào),，然后送入DSP,；在DSP內(nèi)進(jìn)行同步搜索和頻偏估計(jì)，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(jiǎn)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(shí)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(diǎn)是利用DSP實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)。為了保證實(shí)時(shí)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(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320C6416^[4],，其運(yùn)行時(shí)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(hào)處理器。該DSP在系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)同步的提取,，識(shí)別有用信號(hào),，以及解擴(kuò)后信號(hào)的處理。采用基于軟件無線電設(shè)計(jì)的思想符合通信系統(tǒng)數(shù)字化,、實(shí)時(shí)化的發(fā)展趨勢(shì),。
2 系統(tǒng)同步問題分析
　　系統(tǒng)的同步是一個(gè)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(shí)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(huì)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(huì)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(shí),，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(shí)，收端會(huì)錯(cuò)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(shí)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(shí)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(duì)位置的變化,，引起頻率和傳輸時(shí)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(shí)忽略信道噪聲的影響,，則發(fā)射端信號(hào)為:

　　式中T為碼元速率的倒數(shù)，△f為接收端載波相對(duì)于發(fā)送端載波頻率的偏移,，Φ為接收端相對(duì)于發(fā)送端的未知相偏 (由兩載波的相位差及信道時(shí)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(duì)相關(guān)峰有一定影響,，呈Sa(π△fT)關(guān)系。在頻偏小時(shí),，它對(duì)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(duì)碼片采樣點(diǎn)為一整數(shù),，那么此時(shí)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(duì)擴(kuò)頻碼采樣獲得的樣點(diǎn)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(diǎn)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(jì)出的下一幀擴(kuò)頻碼起始位置就比實(shí)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(shí)間T_S內(nèi)實(shí)際采樣點(diǎn)與理論采樣點(diǎn)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(shí),，運(yùn)算量非常大,，要判決擴(kuò)頻碼的起始位置，同時(shí)估計(jì)系統(tǒng)的載波頻偏,，一般不可能實(shí)時(shí)處理完畢,，這就需要采取拋幀處理。即在處理當(dāng)前幀時(shí),，將隨后的若干幀丟掉,，為了準(zhǔn)確估計(jì)所拋幀數(shù)，一般利用定時(shí)器的定時(shí)功能丟棄數(shù)據(jù)從而間接實(shí)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(jì)傳一幀擴(kuò)頻碼所需時(shí)間來估計(jì)需要拋幀數(shù)據(jù)的時(shí)間。然而,，實(shí)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?yàn)槔塾?jì)偏差最后使得起始位置偏離所估計(jì)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(jì)算法
　　對(duì)于載波同步時(shí)出現(xiàn)的載波頻偏估計(jì)算法較多,，時(shí)域頻偏估計(jì)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(jì)頻偏。
　　頻域估計(jì)頻偏算法是利用FFT變換,，通過循環(huán)移位實(shí)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(shí)域作相關(guān)處理,，通過估計(jì)相關(guān)峰最大值所對(duì)應(yīng)的頻偏位置獲得頻偏大小,。
　　在DSP處理時(shí)的搜索階段，可以通過計(jì)算相隔N幀的相位差來估計(jì)頻偏,。
　　
　　這里考慮的頻偏相對(duì)信息速率不大^[1],。如果相對(duì)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(cè)不到信號(hào)時(shí),，通過DDS微調(diào),，改變下變頻頻率，從而實(shí)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(duì)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(shí)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?yàn)槔塾?jì)偏差最后使得起始位置偏離所估計(jì)的位置。因此在運(yùn)算時(shí),，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(jí)逼近法：開始時(shí)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(duì)于本系統(tǒng)采用二級(jí)逼近法實(shí)現(xiàn),，流程圖如圖3所示。