对直接序列扩频信号接收技术的相关研究

张华杰

摘 要 不管是在民用通信还是军事通信，直接序列扩频的应用都非常广泛。文章简要介绍了直接序列扩频技术的发展，其中着重介绍的数字直接序列扩频接收技术是基于FPGA大规模可编程芯片的，并对该数字接收机模型进行了研究，最后给出了该数字接收机的实际测量数据。

关键词 直接序列扩频；FPGA；数字接收机；软件无线电；抗干扰

中图分类号：TN914.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0190-01

不管在军用还是民用通信领域中，扩展频谱通信都得到了很广泛的应用，其具有抗干扰、低截获概率、抗多径等很多优点。在现代通信技术不断发展的今天，传统的声表面波器件基本不能满足不同的信息传输需求，比如根据不同的通信环境，选择不同的扩频因子及信息传输速率。为满足这一要求，对扩展频谱通信系统的灵活性提出了较高的要求，不同的信息传输需要有灵活的硬件电路结构提供支持。在大规模的集成电路以及现场可编程器件的不断发展的条件下，具有高灵活度的全数字化直接序列扩频接收机才有可能实现。

以软件无线电思想为基本思想，本文对全数字化的、能够编程的直接序列扩频接收机进行了介绍。给出了直接扩频数字接收机的数学模型以及FPGA 实现并对其进行了实际测量，这也是本文的重点所在。

1 直接扩频数字接收机数学模型

如图1所示，其为数字化中频直接序列扩频接收机的结构模型。此结构图模拟的是中频信号，主要包含：首先，AD采样；其次，转变成数字信号送入FPGA内，且在FPGA内完成多种运算，其中包括正交数字下变频、脉冲成形匹配滤波、数字低通滤波、快速PN码匹配滤波、载波同步、PN码同步、信号解调等。在接收端经正交下变频之后，收到的复基带信号可用公式（1）表示，如下：

（1）

其中各个符号的含义如下所示：

k：采样时刻，即在哪一时刻进行的采样；M：传送符号的数量；dm：第m个信息符号；N：扩频因子；c[n]：扩频编码；f：接收端与发送端的频率差值；pt（k）：发送端的脉冲成形器；n（k）：白噪声。

经脉冲成形以及PN 码匹配滤波器后的输出为：

（2）

各个符号的含义如下所示：

m：第m个信息；pr（k）：收端匹配滤波器；v（k）：匹配滤波后的复基带信号；c[n-mN]：接收端的复共轭扩频码。

在接收端精确的完成了载波同步及PN 码匹配的前提条件下，如果发送端采用的雕制方式为DBPSK调制，那么经过差分检测后，则可以用公式（3）表示恢复出的原始信息：

图1 直接序列扩频接收机的结构

（3）

2 FPGA 实现及其实际测量数据

根据前面所介绍的数学模型及相关算法，我们实现了了一种能够实现最佳通信效果的直接序列扩频接收机，该接收机采用了大规模FPGA芯片，具有较高的灵活度，它可以依据无线信道的通信质量，实时的调整信息传输速率与扩频因子，实现通信的最佳配置。

扩频因子分别是1023、512与31时的相关峰测量值如图2所示。由图能够得出，扩频因子不同时，性能的差异较大。较低的扩频因子，对应的相关峰幅值很低，性能较差，对应的数据传输率较高；较高的扩频因子，对应的相关峰幅值较高，性能较好，几乎不受噪声的影响，对应的数据传输率比较低。

图2 DSSS 数字接收机的实际测量数据

3 结论

本文首先简要介绍了直接序列扩频技术的发展，并对该数字接收机模型进行了深入研究，最后给出了该数字接收机的实际测量数据。不同通信环境下，文中所提到的数字化直接序列扩频接收机可以实时的调整信息传输速率与扩频因子，实现通信的最佳配置。

参考文献

[1]Luca Fanucci，et al.VLSI Implementation of a CDMA Blind Adaptive Interference -Mitigating Detector[J].IEEE JSAC，2001，19（2）：179-190.

[2]Y Suzuki， et al.DS -CDMA Rake Receiver with Time window Control Loop（TWCL） in Multipath Fading Enviroment[J].IEEE trans.On Vehicular Technology，2000，49（1）：167-172 .

[3]J G Proakis，et al.Digital Communication[M].北京：电子工业出版社，1999：333-360.

[4]M K Simon，et al.Spread Spectrum Communication Handbook[M].北京：人民邮电出版社，2002：903-956.endprint

摘 要 不管是在民用通信还是军事通信，直接序列扩频的应用都非常广泛。文章简要介绍了直接序列扩频技术的发展，其中着重介绍的数字直接序列扩频接收技术是基于FPGA大规模可编程芯片的，并对该数字接收机模型进行了研究，最后给出了该数字接收机的实际测量数据。

关键词 直接序列扩频；FPGA；数字接收机；软件无线电；抗干扰

中图分类号：TN914.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0190-01

不管在军用还是民用通信领域中，扩展频谱通信都得到了很广泛的应用，其具有抗干扰、低截获概率、抗多径等很多优点。在现代通信技术不断发展的今天，传统的声表面波器件基本不能满足不同的信息传输需求，比如根据不同的通信环境，选择不同的扩频因子及信息传输速率。为满足这一要求，对扩展频谱通信系统的灵活性提出了较高的要求，不同的信息传输需要有灵活的硬件电路结构提供支持。在大规模的集成电路以及现场可编程器件的不断发展的条件下，具有高灵活度的全数字化直接序列扩频接收机才有可能实现。

以软件无线电思想为基本思想，本文对全数字化的、能够编程的直接序列扩频接收机进行了介绍。给出了直接扩频数字接收机的数学模型以及FPGA 实现并对其进行了实际测量，这也是本文的重点所在。

1 直接扩频数字接收机数学模型

如图1所示，其为数字化中频直接序列扩频接收机的结构模型。此结构图模拟的是中频信号，主要包含：首先，AD采样；其次，转变成数字信号送入FPGA内，且在FPGA内完成多种运算，其中包括正交数字下变频、脉冲成形匹配滤波、数字低通滤波、快速PN码匹配滤波、载波同步、PN码同步、信号解调等。在接收端经正交下变频之后，收到的复基带信号可用公式（1）表示，如下：

（1）

其中各个符号的含义如下所示：

k：采样时刻，即在哪一时刻进行的采样；M：传送符号的数量；dm：第m个信息符号；N：扩频因子；c[n]：扩频编码；f：接收端与发送端的频率差值；pt（k）：发送端的脉冲成形器；n（k）：白噪声。

经脉冲成形以及PN 码匹配滤波器后的输出为：

（2）

各个符号的含义如下所示：

m：第m个信息；pr（k）：收端匹配滤波器；v（k）：匹配滤波后的复基带信号；c[n-mN]：接收端的复共轭扩频码。

在接收端精确的完成了载波同步及PN 码匹配的前提条件下，如果发送端采用的雕制方式为DBPSK调制，那么经过差分检测后，则可以用公式（3）表示恢复出的原始信息：

图1 直接序列扩频接收机的结构

（3）

2 FPGA 实现及其实际测量数据

根据前面所介绍的数学模型及相关算法，我们实现了了一种能够实现最佳通信效果的直接序列扩频接收机，该接收机采用了大规模FPGA芯片，具有较高的灵活度，它可以依据无线信道的通信质量，实时的调整信息传输速率与扩频因子，实现通信的最佳配置。

扩频因子分别是1023、512与31时的相关峰测量值如图2所示。由图能够得出，扩频因子不同时，性能的差异较大。较低的扩频因子，对应的相关峰幅值很低，性能较差，对应的数据传输率较高；较高的扩频因子，对应的相关峰幅值较高，性能较好，几乎不受噪声的影响，对应的数据传输率比较低。

图2 DSSS 数字接收机的实际测量数据

3 结论

本文首先简要介绍了直接序列扩频技术的发展，并对该数字接收机模型进行了深入研究，最后给出了该数字接收机的实际测量数据。不同通信环境下，文中所提到的数字化直接序列扩频接收机可以实时的调整信息传输速率与扩频因子，实现通信的最佳配置。

参考文献

[1]Luca Fanucci，et al.VLSI Implementation of a CDMA Blind Adaptive Interference -Mitigating Detector[J].IEEE JSAC，2001，19（2）：179-190.

[2]Y Suzuki， et al.DS -CDMA Rake Receiver with Time window Control Loop（TWCL） in Multipath Fading Enviroment[J].IEEE trans.On Vehicular Technology，2000，49（1）：167-172 .

[3]J G Proakis，et al.Digital Communication[M].北京：电子工业出版社，1999：333-360.

[4]M K Simon，et al.Spread Spectrum Communication Handbook[M].北京：人民邮电出版社，2002：903-956.endprint

摘 要 不管是在民用通信还是军事通信，直接序列扩频的应用都非常广泛。文章简要介绍了直接序列扩频技术的发展，其中着重介绍的数字直接序列扩频接收技术是基于FPGA大规模可编程芯片的，并对该数字接收机模型进行了研究，最后给出了该数字接收机的实际测量数据。

关键词 直接序列扩频；FPGA；数字接收机；软件无线电；抗干扰

中图分类号：TN914.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0190-01

不管在军用还是民用通信领域中，扩展频谱通信都得到了很广泛的应用，其具有抗干扰、低截获概率、抗多径等很多优点。在现代通信技术不断发展的今天，传统的声表面波器件基本不能满足不同的信息传输需求，比如根据不同的通信环境，选择不同的扩频因子及信息传输速率。为满足这一要求，对扩展频谱通信系统的灵活性提出了较高的要求，不同的信息传输需要有灵活的硬件电路结构提供支持。在大规模的集成电路以及现场可编程器件的不断发展的条件下，具有高灵活度的全数字化直接序列扩频接收机才有可能实现。

以软件无线电思想为基本思想，本文对全数字化的、能够编程的直接序列扩频接收机进行了介绍。给出了直接扩频数字接收机的数学模型以及FPGA 实现并对其进行了实际测量，这也是本文的重点所在。

1 直接扩频数字接收机数学模型

如图1所示，其为数字化中频直接序列扩频接收机的结构模型。此结构图模拟的是中频信号，主要包含：首先，AD采样；其次，转变成数字信号送入FPGA内，且在FPGA内完成多种运算，其中包括正交数字下变频、脉冲成形匹配滤波、数字低通滤波、快速PN码匹配滤波、载波同步、PN码同步、信号解调等。在接收端经正交下变频之后，收到的复基带信号可用公式（1）表示，如下：

（1）

其中各个符号的含义如下所示：

k：采样时刻，即在哪一时刻进行的采样；M：传送符号的数量；dm：第m个信息符号；N：扩频因子；c[n]：扩频编码；f：接收端与发送端的频率差值；pt（k）：发送端的脉冲成形器；n（k）：白噪声。

经脉冲成形以及PN 码匹配滤波器后的输出为：

（2）

各个符号的含义如下所示：

m：第m个信息；pr（k）：收端匹配滤波器；v（k）：匹配滤波后的复基带信号；c[n-mN]：接收端的复共轭扩频码。

在接收端精确的完成了载波同步及PN 码匹配的前提条件下，如果发送端采用的雕制方式为DBPSK调制，那么经过差分检测后，则可以用公式（3）表示恢复出的原始信息：

图1 直接序列扩频接收机的结构

（3）

2 FPGA 实现及其实际测量数据

根据前面所介绍的数学模型及相关算法，我们实现了了一种能够实现最佳通信效果的直接序列扩频接收机，该接收机采用了大规模FPGA芯片，具有较高的灵活度，它可以依据无线信道的通信质量，实时的调整信息传输速率与扩频因子，实现通信的最佳配置。

扩频因子分别是1023、512与31时的相关峰测量值如图2所示。由图能够得出，扩频因子不同时，性能的差异较大。较低的扩频因子，对应的相关峰幅值很低，性能较差，对应的数据传输率较高；较高的扩频因子，对应的相关峰幅值较高，性能较好，几乎不受噪声的影响，对应的数据传输率比较低。

图2 DSSS 数字接收机的实际测量数据

3 结论

本文首先简要介绍了直接序列扩频技术的发展，并对该数字接收机模型进行了深入研究，最后给出了该数字接收机的实际测量数据。不同通信环境下，文中所提到的数字化直接序列扩频接收机可以实时的调整信息传输速率与扩频因子，实现通信的最佳配置。

参考文献

[1]Luca Fanucci，et al.VLSI Implementation of a CDMA Blind Adaptive Interference -Mitigating Detector[J].IEEE JSAC，2001，19（2）：179-190.

[2]Y Suzuki， et al.DS -CDMA Rake Receiver with Time window Control Loop（TWCL） in Multipath Fading Enviroment[J].IEEE trans.On Vehicular Technology，2000，49（1）：167-172 .

[3]J G Proakis，et al.Digital Communication[M].北京：电子工业出版社，1999：333-360.

[4]M K Simon，et al.Spread Spectrum Communication Handbook[M].北京：人民邮电出版社，2002：903-956.endprint