1、概述

擴頻通信技術最初是在軍事抗干擾通信中發展起來的，后來又在移動通信中得到廣泛的應用。與其它通信技術相比，它具有低截獲概率、抗干擾性強、多址接入、保密性強等優勢。目前，擴頻通信已成為無線網絡、微波傳輸、無線接入、移動通信和雷達探測等領域一個重要研究課題，且其重要性仍不斷增長。國外從50年代就開始了對擴頻通信的研究，它最初使用在軍事通信、空間探測和衛星偵察等方面。由于擴頻通信方式具有抗干擾、抗噪聲、抗多徑衰落、保密性好、譜密度低、多址復用等優點，因此其具有廣闊的應用前景。它融尖端的現代電子技術、計算機技術和數字處理技術于一體，具有很強的抗干擾、反竊聽的能力。

2、系統組成

整個系統實現一個擴頻電臺，與外部留有雙向數據接口。電臺本身帶有語音編解碼以及USB存儲功能。電臺的功能結構如圖1所示。

電臺使用FPGA+DSP方案。發射部分主要由兩個通道組成：有線數據通道（QPSK的I路）和語音數據通道（QPSK的I路）。兩路信號采用不同的幀格式10kbit/s，采用相同的卷積編碼結構((2,1,7)碼)，交織器選用二次同余交織，擴頻編碼選用碼長127的gold序列，成型濾波器選用64階余弦滾降結構，2.54Mbit/s的數字基帶信號經過QPSK調制之后由射頻電路上變頻，通過定向天線發送。接收機解調解擴采用標準的捕獲與跟蹤環路，這也是本系統的重點和難點。接收框圖如圖2所示。本方案采用零中頻方案，由于零中頻會出現混頻后兩個頻點集中，無法通過低通濾波器濾除的情況，因此采用了復數乘法器的結構，來濾除高頻的部分。匹配濾波器主要用于信號能量的捕獲，目前采用的折疊式濾波器方案可以實現數據的并行結算，配合流水線結構，大大提高了捕獲的速度。跟蹤部分采用超前-滯后結構，控制部分由DSP完成，通過實時調整本地偽碼的相位來達到本地碼片和接收的碼片相位一致。載波NCO的控制由硬判決的costas環來完成，通過調整濾波器的系數達到理想的收斂速度。電臺的語音部分使用專用語音編解碼芯片完成，實現高質量低速率的編碼。存儲部分采用DSP+USB接口芯片實現，將語音編碼和數據存儲到USB接口的存儲設備中。

Iin +

+

-

Qin +

超前1/2碼片

啟動標志

初始相位

滯后1/2碼片

+

+

本地相位調整 +

-

+

+

本地載波的相位和頻率調整

圖2 擴頻接收部分框圖

載波NCO

匹配濾波器

匹配濾波器

平方

平方

本地偽碼NCO

超前相位相關

超前相位相關

滯后相位相關

滯后相位相關

平方

平方

平方

平方

門限比較和判決

判決與調整邏輯

當前相位相關

當前相位相關

I路輸出

Q路輸出

硬判決costas環路

3、系統特點

本電臺方案較為通用，可以用于點對點之間的數據語音通信。系統具有以下特點：

采用長度為127位的直接序列擴頻方式，對于可能出現的各種自然和人為的電磁干擾，具備較強的抑制能力。為進一步保證數據的穩定可靠傳輸，無線裝置采用約束長度為7的(2,1,7)卷積碼，在誤碼率情況下可以提供大約5分貝的編碼增益。使用二次同余交織編碼提高了抗突發錯誤的能力但不增加新的監督碼元,從而不會降低編碼效率。

系統采用FPGA+DSP的方案，主要功能都由軟件編程實現，可以在不改變硬件的情況下，增加或減少系統功能，以及實現各種接口與其他設備互聯。

本系統較為通用，更換射頻模塊即可工作于所需頻段。發射功率為1W時，可以傳輸2公里以上。

本系統實現了USB HOST功能，可以使用USB閃存盤等作為存儲介質。連續存儲時間依數據量大小而異。容量為128M的閃存盤可以存儲雙向語音數據24小時以上。

4、系統參數

a) 工作頻段：電臺工作在以1.6GHz為中心的100MHz寬頻段內，信道間隔約30MHz；

b) 雙工模式：頻分全雙工；

c) 調制方式：QPSK；

d) 射頻擴頻帶寬：5MHz；

e) 編址容量：容納不小于10對此種無線通信設備在同一區域內工作；

f) 擴頻增益：21dB；

g) 干擾容限：10dB（誤碼率為10^-6）；

h) 最高支持數據速率：20Kbps；

i) 可用信道數目：12個，可任選一對進行通信

j) 接收機靈敏度：<-85dBm；

k) 接收機噪聲系數：<3dB；

l) 頻率穩定度：±2.5 x 10^-6；

m) 工作溫度范圍：-20~+65℃；

n) 發射功率：100毫瓦至500毫瓦（數控增益1dB階梯）；

o) 電臺體積：20 x 20 x 15厘米；

p) 重量：<6kg；

q) 天線類型：小型平板定向天線，方向角大于60度，便于安裝時收發天線的對準；

r) 帶外衰減：60dB（偏離中心頻率10MHz）

s) 電臺功耗：<20W；

t) 抗干擾通信距離：工作在最大輸出功率情況下時的通信距離不小于2公里。