擴頻通信系統(tǒng)中載波恢復的仿真研究

摘要：擴頻通信系統(tǒng)中的載波同步是指收發(fā)兩端的載波都應步調(diào)一致地進行工作，不僅要求同頻，而且對相位也有嚴格的要求。本文對擴頻通信系統(tǒng)中的載波恢復進行了仿真研究，得到了系統(tǒng)主要輸出點波形，同時對系統(tǒng)在高斯白噪聲情況下的誤碼性能進行了分析。
關(guān)鍵詞：擴頻通信；二進制移相鍵控；Costas環(huán)

0 引言
擴頻通信由于具有抗干擾能力強、隱蔽性好、容易實現(xiàn)多址傳輸?shù)葍?yōu)點在移動通信、無線數(shù)據(jù)通信等領(lǐng)域得到了應用。擴頻通信系統(tǒng)中同步具有相當重要的地位，如果通信系統(tǒng)出現(xiàn)同步誤差或失去同步，會導致系統(tǒng)性能降低甚至通信失效。
載波恢復的目的是為了在接收端實現(xiàn)相干解調(diào)，即要求接收機產(chǎn)生一個同發(fā)射機完全相同的載波信號與發(fā)射機送來的信號相乘，以便將調(diào)制信號還原。由于相干解調(diào)比非相干解調(diào)的輸出噪聲功率小一倍，相干解調(diào)可獲得3dB增益，因此許多系統(tǒng)都采用了同步載波恢復技術(shù)。相干解調(diào)既適用于模擬通信，也適用于數(shù)字通信，雖然它們獲得同步載波的具體方案有所不同，但都需要采用鎖相環(huán)路(PLL)這一點是一致的。

1 系統(tǒng)設(shè)計原理
1．1 設(shè)計思想與系統(tǒng)參數(shù)
設(shè)計采用的擴頻序列為周期127的m序列，碼片速率為1000Hz，要傳送的數(shù)字信息速率200Hz，它和m序列模2加后變成復合碼去調(diào)制載波。擴頻系統(tǒng)采用平衡調(diào)制器，載波為2000Hz的正弦波，調(diào)制方式采用二進制移相鍵控，通過同相正交環(huán)實現(xiàn)載波恢復。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

1．2 擴頻信號的產(chǎn)生
設(shè)信息碼為d(t)，擴頻碼m序列為m(t)，把兩信號異或就可得到擴展頻譜的信號碼，設(shè)為c(t)，則
c(t)=d(t)*m(t) (1)
將待傳送的信息同擴頻碼序列進行準確的模2加，此運算用異或門實現(xiàn)。信息速率200Hz，m序列碼速率1000Hz，擴頻后信號輸出速率為1000Hz。
1．3 信號調(diào)制
由于PSK調(diào)制方式誤碼率最小，因此本系統(tǒng)采用BPSK調(diào)制方式。擴頻后信號為c(t)，載波頻率為ω0，調(diào)相波可表示為：
s(t)=Acos[ω0t+φc(t)] (2)
式中φ相位調(diào)制指數(shù)。若規(guī)定在擴頻碼序列中當c(t)=0時，φc(t)=0；當c(t)=1時，φc(t)=π，這種調(diào)制稱為二相相移鍵控。這樣BPSK信號可用下列平衡調(diào)制信號表示，
s(t)=Ac(t)cosω0t (3)
式中c(t)是以“+1”，“-1”表示的擴頻后碼序列。
調(diào)制信號的輸出為s(t)=Ac(t)cosω0t，其中c(t)=d(t)*m(t)，為擴頻后且變?yōu)殡p極性的信號，所以發(fā)送信號的完整表達式為：
s(t)=Ac(t)*m(t)cosω0t (4)
1．4 接收濾波器設(shè)計
為了限制信道噪聲，信號在進入接收機之前首先要經(jīng)過接收濾波器。接收濾波器應設(shè)計為以載波f1為中心頻率，帶寬為2fc的帶通濾波器。對于本系統(tǒng)來講，f1=2000Hz，fc=200Hz。