线性调频扩频技术的研究与分析

庞云云

摘要：线性调频（Chirp）信号及其脉冲压缩技术长期以来被广泛的应用在雷达、声呐、生物医学、地球物理信号处理以及扩频通信中。本文简单介绍了线性调频扩频技术（CSS）的基本原理以及CSS技术的优点。重点研究CSS系统的BOK调制方式，及其调制下的误码率，并通过仿真对理论结果进行了验证。

关键词：线性调频信号；线性调频扩频（CSS）；二进制正交键控（BOK）；误码率

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2016）10-0285-01

一、线性调频扩频技术

Chirp信号[1]即线性调频信号是研究最早且被广泛应用的一种脉冲压缩信号[2]，具有良好的自相关性和匹配接收特性。

线性调频扩频（CSS）技术即Chirp超宽带扩频技术[3]，其基本原理为脉冲压缩技术。扩频系统是用Chirp信号来表示欲传输的数据，因为Chirp信号扫过一定的带宽，所以欲传输的数据被扩展到很宽的一段带宽上。线性调频扩频技术除具有其它扩频技术的优点外，还具有自身的一些显著优点，即发射功率低、抗干扰能力强、抗多径效应能力强、抗频偏能力强等。

二、线性调频扩频系统的调制方式

（一）系统的调制方式。

CSS系统存在两种基本的调制方式即BOK调制和直接调制（DM）。本文主要讨论BOK调制方式。

（二）BOK调制。

在BOK调制中，用SAW器件产生Chirp载波信号。在发射端分别用UP-Chirp信号表示“1”和用DOWN-Chirp信号表示二进制信息“0”。UP-Chirp信号和DOWN-Chirp信号具有相同的时间周期T和带宽B。信号在信道中传输时会遇到很多的干扰，因此在接收时要用匹配滤波技术。在接收端，根据UP-Chirp信号与DOWN-Chirp信号比较好的相关性以及匹配滤波特性，用单位幅度的UP-Chirp信号作为脉冲响应[4]与DOWN-Chirp信号相结合，进行相干解调，同理用DOWN-Chirp信号作为滤波器的脉冲响应信号与UP-Chirp信号结合进行相干解调。在每个传输信号结束时进行抽样判决。

（三）BOK系统的性能分析。

在接收端，不仅能产生相互匹配的信号，同时也产生相互不匹配的信号。匹配信号的能量相对集中，不匹配信号的能量分散在带宽内，不匹配的信号即可认为时噪声信号。

通过上述分析，可以发现在接收端产生的是匹配信号和不匹配信号之和。当信号匹配时，能量是集中在很窄的范围内的一个脉冲。而不匹配时，能量被分散在比较宽的时间范围内，可以看做是噪声信号。

（四）误码率。

在接下来对误码率[5]的研究中，假设发射机与接收机同步，时间延迟τ是一个已知的量。通过匹配滤波器输出后，信号能量是一个压缩的脉冲，信号能量在t=τ+iT时刻集中输出，对输出信号进行抽样判决，nd、nu为噪声信号，即上面所说的非匹配信号，均值为0，方差为N0/2。

当bi=1时，，cUi=0；反之，当bi=0时，cDi=0，，为发射信号的能量。

误码率与信噪比的关系如下图所示。

误码率与信噪比的关系

（五）小结。

CSS系统主要有两种调制方式，BOK调制和DM调制。DM调制只使用一路Chirp信号来表达数据符号，因此，与BOK相比，将使用更少的SAW器件。本节主要就BOK调制展开讨论。详细阐述了BOK调制的过程，并对BOK系统性能加以分析，得出匹配输出与非匹配输出的差异。此外对BOK系统下的误码率进行分析，从而得出信噪比越大误码率越小。

参考文献：

[1]张鹏.基于Chirp的宽带超宽带通信技术研究.成都：电子科技大学，2007

[2]李赛.基于Chirp信号的超宽带认知无线电（CUWB）技术研究.北京：北京邮电大学，2007

[3]宋毅峰.基于线性调频信号的超宽带定位研究.成都：电子科技大学，2010

[4]李晓彤. 基于Chirp超宽带系统干扰抑制设计与研究.山东：山东大学，2011

[5]张文杰，王艳芬.基于Chirp脉冲压缩技术的超宽带通信系统设计.中国矿业大学，2007