（中国电子科技集团公司第七研究所，广东 广州 510310）

1 引言

扩频通信被广泛地应用于现代商用和军事通信领域。扩频通信由于自身优良的抗截获和抗干扰性能，成为军事通信对抗领域的一个研究热点。选择超长伪码序列可以增加隐蔽性，降低截获率。长码直扩信号的伪码周期远大于符号周期，改变了伪码的周期和相关特性，使参数估计难度增大，破译难度更高。对长伪码序列实施波形重合干扰也几乎不可能，有的伪码序列周期长达10年之久。本文将对超长序列扩频通信的相关研究及仿真实现进行详细的介绍。

2 设计与实现

2.1 扩频解扩基本原理

扩频解扩原理框图如图1所示：

图1 扩频解扩原理框图

假设采用BPSK的调制信号，调制信号为s(t)，发射端的扩频码为c(t)，接收端的扩频码为c'(t)，在扩频没有同步的时候，c(t)和c'(t)是不一致的。

解扩的目的是保持c(t)和c'(t)的一致，此时RX(t)=c(t)×s(t)×cosw0t×c'(t)，当c(t)和c'(t)一致时，则有：RX(t)=c(t)2×s(t)×cosw0t。

数字调制时，c(t)取值为±1。则RX(t)=s(t)×cosw0t，即同于发射端的调制信号，此时只需要在后面进行解调处理即可。

数字扩频解扩波形如图2所示：

图2 数字扩频解扩波形图

实际情况是收信号c(t)和发信号c'(t)都是采用本地时钟，所以会导致c(t)和c'(t)不一致的问题，解扩的同步就是需要考虑c'(t)如何与c(t)保持同步的问题。

2.2 基于载波同步的扩频解扩实现

扩频解扩有多种实现方式，如发射参考信号法、最大似然接收法、串行捕获法等。下面讨论基于载波恢复的扩频同步方法的实现。获取发射信号的载波信息，可以采用科斯塔斯环载波同步的方法实现，具体如图3所示。

图3 科斯塔斯环载波同步原理图

接收到的信号为：

在环路锁定的情况下，DDS输出的两路本地载波分别为：

式中，θ是DDS输入已调信号载波与输出信号之间相位的差值，一般是一个很小的数值。

接收信号与V1、V2信号相乘得到V3、V4：

经过低通滤波LPF后，得到V5、V6：

V5、V6相乘产生的误差信号是Vd：

它通过环路滤波器滤波后来控制DDS输出的相位和频率信息，使稳态相位误差减小到很小的数值，最终没有频差（即wc同频）。此时DDS的输出就是所需的同步载波。

基于载波恢复的解扩实现原理如图4所示。

图4 基于载波恢复的解扩实现原理框图

解扩步骤：

（1）接收信号通过科斯塔斯（COSTAS）载波恢复模块，恢复接收信号的载波cosw0t。

（2）将cosw0t和原来的信号相乘后，得RX(t)=c(t)×s(t)×cosw0t×cosw0t，通过低通滤波器滤除高频分量，得RX(t)=c(t)×s(t)，即接收信号的扩频码和调制序列的乘积。将扩频码通过与本地的扩频序列做相关运算，得到相关峰，即可得到发送方的扩频码和起始位置。双方采用相同的扩频码，在恢复出起始位置的情况下，恢复出发送方的扩频序列c(t)。

（3）将c(t)与接收信号相乘，RX(t)=c(t)2×s(t)×cosw0t，c(t)取值为±1。此时RX(t)=s(t)×cosw0t即为调制信号，送给后端做解调处理。

2.3 关于扩频解扩的仿真分析

在本系统仿真中，依然采用科斯塔斯环载波恢复方式，如图5所示。

图5 扩频解扩的系统仿真图

本仿真扩频码同步采用滑动相关捕获法，滑动相关捕获法子系统框图如图6所示。

图6 滑动相关捕获法子系统

下面的仿真图是在信噪比为–30dB的情况下，将扩频倍数增大到1 024倍后做的仿真。由仿真图可以看出，在极低信噪比下，数据仍然能够很好地恢复出来。

（1）在信噪比为–30dB的情况下，接收的信号波形图如图7所示。

（2）载波恢复情况如图8所示。图8中上半部分为发射载波，下半部分为恢复载波。通过对比可以看出在信噪比为–25dB的情况下恢复载波没有问题。

（3）扩频序列恢复情况如图9所示。图9中上半部分为恢复的序列，下半部分为原始序列。通过对比可以看出在信噪比为–30dB的情况下恢复扩频码没有问题。

（4）数据恢复情况如图10所示。图10中上半部分为原始数据的序列，下半部分为经解扩和解调后恢复的数据。通过对比可以看出在信噪比为–30dB的情况下恢复数据没有问题。

图7 在低信噪比情况下接收的信号波形图

图8 在低信噪比情况下载波的恢复情况

图9 在低信噪比情况下扩频码的恢复情况

图10 在低信噪比情况下数据的恢复情况

3 结论

通过仿真分析，证明了超长序列扩频解扩的方法在极低的信噪比下仍能通信，而且大大增强了抗干扰能力，同时也提高了抗截获概率。

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