1、概述

扩频通信技术最初是在军事抗干扰通信中发展起来的，后来又在移动通信中得到广泛的应用。与其它通信技术相比，它具有低截获概率、抗干扰性强、多址接入、保密性强等优势。目前，扩频通信已成为无线网络、微波传输、无线接入、移动通信和雷达探测等领域一个重要研究课题，且其重要性仍不断增长。国外从50年代就开始了对扩频通信的研究，它最初使用在军事通信、空间探测和卫星侦察等方面。由于扩频通信方式具有抗干扰、抗噪声、抗多径衰落、保密性好、谱密度低、多址复用等优点，因此其具有广阔的应用前景。它融尖端的现代电子技术、计算机技术和数字处理技术于一体，具有很强的抗干扰、反窃听的能力。

2、系统组成

整个系统实现一个扩频电台，与外部留有双向数据接口。电台本身带有语音编解码以及USB存储功能。电台的功能结构如图1所示。

电台使用FPGA+DSP方案。发射部分主要由两个通道组成：有线数据通道（QPSK的I路）和语音数据通道（QPSK的I路）。两路信号采用不同的帧格式10kbit/s，采用相同的卷积编码结构((2,1,7)码)，交织器选用二次同余交织，扩频编码选用码长127的gold序列，成型滤波器选用64阶余弦滚降结构，2.54Mbit/s的数字基带信号经过QPSK调制之后由射频电路上变频，通过定向天线发送。接收机解调解扩采用标准的捕获与跟踪环路，这也是本系统的重点和难点。接收框图如图2所示。本方案采用零中频方案，由于零中频会出现混频后两个频点集中，无法通过低通滤波器滤除的情况，因此采用了复数乘法器的结构，来滤除高频的部分。匹配滤波器主要用于信号能量的捕获，目前采用的折叠式滤波器方案可以实现数据的并行结算，配合流水线结构，大大提高了捕获的速度。跟踪部分采用超前-滞后结构，控制部分由DSP完成，通过实时调整本地伪码的相位来达到本地码片和接收的码片相位一致。载波NCO的控制由硬判决的costas环来完成，通过调整滤波器的系数达到理想的收敛速度。电台的语音部分使用专用语音编解码芯片完成，实现高质量低速率的编码。存储部分采用DSP+USB接口芯片实现，将语音编码和数据存储到USB接口的存储设备中。

Iin +

+

-

Qin +

超前1/2码片

启动标志

初始相位

滞后1/2码片

+

+

本地相位调整 +

-

+

+

本地载波的相位和频率调整

图2 扩频接收部分框图

载波NCO

匹配滤波器

匹配滤波器

平方

平方

本地伪码NCO

超前相位相关

超前相位相关

滞后相位相关

滞后相位相关

平方

平方

平方

平方

门限比较和判决

判决与调整逻辑

当前相位相关

当前相位相关

I路输出

Q路输出

硬判决costas环路

3、系统特点

本电台方案较为通用，可以用于点对点之间的数据语音通信。系统具有以下特点：

采用长度为127位的直接序列扩频方式，对于可能出现的各种自然和人为的电磁干扰，具备较强的抑制能力。为进一步保证数据的稳定可靠传输，无线装置采用约束长度为7的(2,1,7)卷积码，在误码率情况下可以提供大约5分贝的编码增益。使用二次同余交织编码提高了抗突发错误的能力但不增加新的监督码元,从而不会降低编码效率。

系统采用FPGA+DSP的方案，主要功能都由软件编程实现，可以在不改变硬件的情况下，增加或减少系统功能，以及实现各种接口与其他设备互联。

本系统较为通用，更换射频模块即可工作于所需频段。发射功率为1W时，可以传输2公里以上。

本系统实现了USB HOST功能，可以使用USB闪存盘等作为存储介质。连续存储时间依数据量大小而异。容量为128M的闪存盘可以存储双向语音数据24小时以上。

4、系统参数

a) 工作频段：电台工作在以1.6GHz为中心的100MHz宽频段内，信道间隔约30MHz；

b) 双工模式：频分全双工；

c) 调制方式：QPSK；

d) 射频扩频带宽：5MHz；

e) 编址容量：容纳不小于10对此种无线通信设备在同一区域内工作；

f) 扩频增益：21dB；

g) 干扰容限：10dB（误码率为10^-6）；

h) 最高支持数据速率：20Kbps；

i) 可用信道数目：12个，可任选一对进行通信

j) 接收机灵敏度：<-85dBm；

k) 接收机噪声系数：<3dB；

l) 频率稳定度：±2.5 x 10^-6；

m) 工作温度范围：-20~+65℃；

n) 发射功率：100毫瓦至500毫瓦（数控增益1dB阶梯）；

o) 电台体积：20 x 20 x 15厘米；

p) 重量：<6kg；

q) 天线类型：小型平板定向天线，方向角大于60度，便于安装时收发天线的对准；

r) 带外衰减：60dB（偏离中心频率10MHz）

s) 电台功耗：<20W；

t) 抗干扰通信距离：工作在最大输出功率情况下时的通信距离不小于2公里。