擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中載波恢復(fù)的仿真研究

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

0 引言
擴(kuò)頻通信由于具有抗干擾能力強(qiáng)、隱蔽性好、容易實(shí)現(xiàn)多址傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)在移動(dòng)通信、無(wú)線數(shù)據(jù)通信等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中同步具有相當(dāng)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(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低甚至通信失效。
載波恢復(fù)的目的是為了在接收端實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)，即要求接收機(jī)產(chǎn)生一個(gè)同發(fā)射機(jī)完全相同的載波信號(hào)與發(fā)射機(jī)送來(lái)的信號(hào)相乘，以便將調(diào)制信號(hào)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(fù)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(diǎn)是一致的。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
1．1 設(shè)計(jì)思想與系統(tǒng)參數(shù)
設(shè)計(jì)采用的擴(kuò)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(fù)合碼去調(diào)制載波。擴(kuò)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(jìn)制移相鍵控，通過(guò)同相正交環(huán)實(shí)現(xiàn)載波恢復(fù)。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

1．2 擴(kuò)頻信號(hào)的產(chǎn)生
設(shè)信息碼為d(t)，擴(kuò)頻碼m序列為m(t)，把兩信號(hào)異或就可得到擴(kuò)展頻譜的信號(hào)碼，設(shè)為c(t)，則
c(t)=d(t)*m(t) (1)
將待傳送的信息同擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行準(zhǔn)確的模2加，此運(yùn)算用異或門(mén)實(shí)現(xiàn)。信息速率200Hz，m序列碼速率1000Hz，擴(kuò)頻后信號(hào)輸出速率為1000Hz。
1．3 信號(hào)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(kuò)頻后信號(hào)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(kuò)頻碼序列中當(dāng)c(t)=0時(shí)，φc(t)=0；當(dāng)c(t)=1時(shí)，φc(t)=π，這種調(diào)制稱為二相相移鍵控。這樣BPSK信號(hào)可用下列平衡調(diào)制信號(hào)表示，
s(t)=Ac(t)cosω0t (3)
式中c(t)是以“+1”，“-1”表示的擴(kuò)頻后碼序列。
調(diào)制信號(hào)的輸出為s(t)=Ac(t)cosω0t，其中c(t)=d(t)*m(t)，為擴(kuò)頻后且變?yōu)殡p極性的信號(hào)，所以發(fā)送信號(hào)的完整表達(dá)式為：
s(t)=Ac(t)*m(t)cosω0t (4)
1．4 接收濾波器設(shè)計(jì)
為了限制信道噪聲，信號(hào)在進(jìn)入接收機(jī)之前首先要經(jīng)過(guò)接收濾波器。接收濾波器應(yīng)設(shè)計(jì)為以載波f1為中心頻率，帶寬為2fc的帶通濾波器。對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)講，f1=2000Hz，fc=200Hz。