直扩OQPSK传输体制关键技术分析及应用

崔霞霞 王少飞

摘要：直扩OQPSK是直接序列扩频和OQPSK调制方式相结合的传输模式，兼顾扩频的抗干扰和抗截获特点，以及OQPSK的包络恒定、频谱效率和功率效率高的优势，可广泛应用于军事通信中。结合工程实践，介绍了直扩OQPSK的调制原理，重点分析了直扩OQPSK的关键技术，主要包括扩频码跟踪和载波跟踪，经理论推导和工程实现证明直扩OQPSK实现复杂度低、可移植性强，且性能优良。

关键词：直扩OQPSK；扩频码跟踪；载波跟踪

中图分类号：TN763.3文献标志码：A文章编号：1008-1739（2020）15-58-4

0引言

直接序列扩频调制信号发射功率谱密度低，信号掩埋在噪声中传输，通信隐蔽性、抗干扰和抗截获能力强，并且可以在同一信道中进行多用户通信，适合多种通信系统。

OQPSK是QPSK的一种改进形式，OQPSK的同相与正交支路在时间上互相错开了半个码元的周期，在相位转换处每次只有一路可能发生极性翻转，不会发生两支路码元同时翻转的现象，即输出的OQPSK信号最大只有±90°的相位跳变，而不会出现180°相位跳变。因此它的包络起伏比QPSK小，频谱特性也优于QPSK。

直扩OQPSK将直接序列扩频和OQPSK调制方式相结合，可以充分发挥2种体制的优势。但是由于直扩OQPSK的特点，不能沿用通用的直扩QPSK的终端算法，经综合分析和仿真，终端算法中的扩频码跟踪及载波跟踪算法需要重新设计实现。

1直扩OQPSK调制原理及实现

2直扩OQPSK关键技术分析与实现

2.1直扩OQPSK扩频码跟踪关键技术分析

扩频码同步包括码捕获和码跟踪，直扩OQPSK的码捕获与一般的直扩系统无区别，而两路扩频码不同，相位模糊问题可以在码捕获部分完成。码捕获部分采用匹配滤波捕获算法，由于码捕获成功时扩频码的相位误差在一个码片之内，所以码捕获时采用的两路本地扩频码不需要做延时半个码片处理。码跟踪部分，如果将码捕获后的（）路扩频数字信号延时半个码片时间，变成直扩QPSK的扩频数字信号，可以采用适用于直扩QPSK的闭环运行的延时锁相环，实现对扩频码的跟踪。但是完成码跟踪后的两路解扩信号将不存在半个码片时间的相位关系，无法实现载波跟踪。因此需要根据这一特点设计新的码跟踪算法。

直扩OQPSK码捕获后的两路扩频数字信号存在相差时，可表示为：

由式（5）和式（6）可知，直擴OQPSK的码跟踪也可采用延时锁相环的设计思想，具有滞后和超前相关器，相关器计算出的相关累加值分别为（ ），（ ），（），（），（），（），（），（）。滞后相关器实现比接收端本地产生的解扩用的扩频码相位延迟半个码片的序列和接收到的信号间的相关累加运算，超前相关器实现比接收端本地产生的解扩用的扩频码相位领先半个码片的序列和接收到的信号间的相关累加运算。根据滞后和超前相关器的差值即相位误差（ ），调整接收端本地产生的扩频码与接收到的信号扩频码间的相位延迟或滞后关系。相位误差（ ）可表示为：

2.2直扩OQPSK载波跟踪关键技术分析

由于多普勒效应造成的频移和接收机晶体振荡器的频率偏移等原因，接收信号的载波频率会变化较快且变化一般不可预知，需要实现载波同步。

载波同步包括载波捕获和跟踪两部分。完成扩频码捕获时，已通过扫频完成载波大频偏的捕获和补偿，这部分功能实现与直扩系统相同。当接收信号存在相差时，完成扩频码同步后会出现2组信号，如式（5）和式（6）所示，一般的直扩QPSK，仅采用式（5）中的两路信号就可以完成载波跟踪（直扩QPSK调制时两路本地扩频序列无延时关系），但是由于直扩OQPSK发端两路信号中支路比支路延迟半个码片时间，在中频或射频链路中传输时，载波的频偏也建立在两路信号的延时关系之上，仅采用式（5）中的两路信号，经符号时钟（）采样后，两路信号半个码片周期的延时关系将不存在，无法提取相位误差信息，因此需要考虑式（5）和式（6）两组信号的延时对应关系，设计载波跟踪算法。

根据直扩OQPSK调制的这一特点，采用的载波鉴相算法对Costas环的鉴相器做了修正：

除鉴相算法外，其他环路组成与Costas环相同，直扩OQPSK信号载波跟踪环实现框图，如图2所示。鉴相算法仅采用码同步后码元的第一个周期内的误差值，误差值的更新时间为1/，载波跟踪环路相位误差估计收敛曲线如图3所示。由图3可知，采用式（8）鉴相算法的载波跟踪环路能够实现载波相位跟踪，且收敛速度快，二阶环路滤波器的参数不受接收信号功率变化的影响。误差值收敛后，载波跟踪输出和

路信号经符号时钟（）采样后，两路信号半个码片周期的延时关系将不存在，实现了载波跟踪同步。

3直扩OQPSK的工程应用

直扩QPSK信号的终端设备主要包括信息源、基带扩频调制器、中频调制解调器、基带解扩解调器及输出信息。实现直扩OQPSK功能时，基带扩频调制器仅需要将直扩QPSK信号成形滤波后的两路信号错开半个码片时间。基带解扩解调器仅码跟踪和载波跟踪部分有所改动，其他部分均可与直扩QPSK信号共用软硬件资源，直扩QPSK和直扩OQPSK终端设备连接关系如图6所示。工程实现时将直扩OQPSK信号和直扩OQPSK信号波形在基带扩频调制器和基带解扩解调器的软件中做出选择，可切换实现2种波形，资源占用少、软件实现方便，且可移植性强。

4结束语

介绍了直扩OQPSK的调制原理，并对直扩OQPSK解扩解调中的码跟踪和载波跟踪算法进行分析，推导出适合直扩OQPSK的码跟踪和载波跟踪算法，并实现了直扩OQPSK调制和直扩QPSK调制的波形切换的收发功能，证明了算法的性能优良，体制可移植性强，并且占用资源少。直接序列扩频具有抗干扰抗截获的保密通信特性，且便于码分多址组网，可以多用户共用频段，受到了军事和民用领域的重视。OQPSK调制包络恒定，受系统非线性影响小，具有较高的频谱效率和功率效率，已成为卫星通信和移动通信领域中常用的一种调制方法，特别是卫星通信中。直扩OQPSK调制将直接序列扩频和OQPSK调制相结合，集成2种体制的优势，特别适合应用于带宽和功率受限的军事卫星通信系统和组网应用通信系统，既提升系统抗干扰抗截获能力，又能充分利用频带资源和功率资源。

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