扩频技术在数字微波通信中的应用

[摘 要]首先介绍了微波扩频技术的特性及其在微波通信中的应用，给出了相关的扩频码选择原则，重点分析了非相干延迟锁定环实现扩频码跟踪原理，最后对于扩频码跟踪过程中的误差信号进行仿真分析探讨。

[关键词]微波通信；扩频；伪随机序列；伪码跟踪

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0000-01

1 引言

微波通信是利用微波作为载波在地面上进行的无线电通信。由于微波通信的环境十分复杂，容易受到各种干扰，为达到良好的通信效果，必须使用具有较强抗干扰性能的扩频通信技术。

2 微波扩频技术的特性

微波扩频技术在发射端以扩频编码进行扩频调制，在接收端以相关解调技术收信，和传统的布线相比较，具有诸多的优良特性，最主要有：

2.1 抗干扰能力强。表示扩频通信特性的一个重要参数是扩频增益G SpreadingGain，G=B2 B1。扩频通信中，接收端对接收到的信号做扩频解调，只提取扩频编码相关处理后带宽为B1的信号成分，而排除了扩展到宽带B2中的干扰、噪声和其他用户通信的影响，相当于把接收信噪比提高了G倍。考虑到输出端的信噪比和接收系统损耗，可以认为实际的扩频增益带来的信噪比的改善为：M=G-输出端信噪比-系统损耗，公式中的M叫做抗干扰容限。实际上，输出端信噪比和系统损耗都比较小，所以M近似等于G。

2.2 隐蔽性强、干扰小。因信号在很宽的频带上被扩展，则单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低。信号淹没在白噪声之中，别人难于发现信号的存在，再加之不知扩频编码，就更难拾取有用信号。而极低的功率谱密度，也很少对其他电讯设备构成干扰。

2.3 易于实现码分多址。扩频通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，提高了频带的利用率。正是由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送，而信号接收需要用相同的扩频编码之间的相关解扩才能得到，这给频率复用和多址通信提供了基础。

2.4 抗多径干扰。在无线通信中，抗多径干扰问题一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性，在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。

2.5 易于多媒体组网。微波扩频技术应用了PN码，是一个透明的高速数字通道，可以传递语音、传真、数据和图像等综合业务。

2.6 在不能使用传统布线方式的地方或传统布线比较困难的区域，微波扩频技术可轻而易举的实现网络的传输和链接，而且网络建设速度快，设备安装方便灵活，建设周期短，省时省力省费用。

总之，微波扩频技术所组成的通信系统有一系列其他系统无法比拟的优点，该技术解决了当代各种无线通信系统存在的干扰、泄密、选址、组网等四大问题，取得了多方面的突破，受到了各行各业的重视和应用。

3 扩频系统

本文分析直接序列扩展频谱系统。直扩系统又称“平均”系统或伪噪声系统，其系统框图如图1所示。

图1 扩频系统框图

用信息码序列d（t）与高速的伪码序列c（t）模二相加（波形相乘），得到一个扩频码流，然后通过扩频码流对载波调制后进行信道传输。由于基带信号的速率远远小于伪码的速率，所以将基带信号调制在为随机码序列中就相当于信号的频谱被拓宽。接收时，在同步条件下，用本地伪码c’（t）与中频信号r0（t）进行时域相乘（模二相加），由于c2（t）=1，所以相乘后的信号不再含有伪随机序列成分，将信号恢复到了中频调制信号。

3.1 伪随机码

扩频运算是通过伪随机序列来实现的，其中常用的伪随机序列有m序列、Gold序列等等，m序列是最长线性移位寄存器序列，最早应用于扩频通信。Gold序列是由m序列优选对产生的，具有m序列的性质，但是其可以用条数远大于m序列，易于满足多址应用要求。

在扩频系统中，对系统质量的影响因素还具有伪码的平衡性。平衡码具有更好的频谱特性，这样码的平衡性与对载波的抑制度有相当密切关系。码不平衡会造成载波泄露，破坏通信系统的保密性，降低其抗侦破能力，在军事微波通信中，要求伪随机码具有良好的平衡性。

可以看出，m序列和平衡Gold码均具有良好的自相关性，抗干扰能力强，而且序列的位数很长时，相关性仍然很好，可以把信息频谱展的更宽，增强保密性，这在军事微波通信中有着重要意义。

3.2 扩频码的跟踪

码捕获完成后进入跟踪状态，其作用表现在以下三个方面：一是继续减少本地伪码与接收伪码之间的相位差；二是保持锁定状态；三是对同步状态进行监控。本文用码跟踪环（延迟锁定环）来控制本地的时钟相位。

捕获后本地伪码与输入码的相位差在一个伪码切扑宽度Tc内，相关网络由两路相关器组成，两路相关器输入的本地伪码的相位差为，分别从码发生器的第n级和第n-1级输出，这里=Tc。输入信号分别与一个超前Tc/2和一个滞后Tc/2的本地伪码作相关运算，然后经过带通滤波、平方检波，最后相减得到误差函数。误差电压经过环路滤波，送到压控振荡器控制时钟频率的变化。

为了提高跟踪精度，本文对于输入的每个码片采样6个点，可以延迟锁定环的误差鉴别函数。

本文同128位平衡Gold码，通过开环鉴别函数的图形，可以看出第1465个点处误差值为零，所以此次跟踪点的位置在1465个点上，并且在跟踪点附近，误差函数近似线性，提高锁定精度，有利于环路的稳定。

根据锁相环原理可知，跟踪范围为[-/2， /2]由于一个码片内采样6个点，所以此次跟踪范围为第1459点到1465点。由上一时刻的误差来控制压控振荡器的时钟频率，使得这一时刻的误差信号e（t）的值近似为零，即当达到跟踪锁定时，误差信号应该靠近1464点。如果此次的e（t）值仍然较大，即偏离1495点较远，那么将通过此次的e（t）值继续调整振荡器的时钟频率，使得下一周期时刻到来时满足锁定要求。

4 结语

本文通过对扩频系统分析，结合微波通信环境复杂，保密性强等等特点，说明了扩频技术在数字微波通信应用的重要性，分析了延迟锁定环，每个码片内采样6个点，提高跟踪精度，同时，还给出了详细的误差及跟踪范围，实现了伪码的跟踪，在微波通信中有着实际重要的意义。

参考文献

[1] 白杉.微波通信的回顾与展望[J].电力系统通信，2002，23（6）.

[2] 邱瑛，周华根.扩频微波通信在地震遥测传输中的应用[J].地震地磁观测与研究，2002，23（6）.