抗干扰通信/定位系统用户端机的数字实现

发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:488

　一、引言

　　扩频通信具有抗干扰、抗多径、低截获概率等特点，自从上一世纪40年代被提出以来，其理论、方法、应用技术得到了很大发展。直接序列扩频（直扩）是扩频通信常用的一种方式，90年代初被应用于民用的cdma蜂窝移动通信系统（is-95），显示了其显著优点和较强的生命力。

　　测距是直扩技术的一种典型应用。利用pn码良好的自相关特性进行延时的测量进而获得距离信息，较之传统方法具有更高的抗干扰能力和测距精度。工作在l波段的gps系统采用的就是直扩技术，并在世界范围获得了巨大成功和显著效益。然而由于众所周知的原因，对于某些特殊应用，过于依赖gps是危险的。

　　为在uhf频段建立区域内的抗干扰数据通信/定位系统，在复杂的电磁环境下实现用户间的信息互通和定位及相对导航的目的，我们利用直扩技术完成了应用于该系统的用户端机中频物理平台的研制。该平台从一定程度上体现了“软件无线电”的思想，其信息速率、调制方式、pn码及处理增益、中频频率、输出电平等都由软件实时控制或更改，部分工作过程也由软件编程实现，具有较好的灵活性、通用性，并可进行功能的扩展。

　　二、端机中频单元的基本结构

　　1．原理框图

　　该端机的中频系统原理框图如图1所示。



　　该系统大致工作过程如下：

　　发送通路中，首先对uart串行数据进行缓冲和rs编码，经串并转换后用本地pn码进行扩展，然后进入一个chip脉冲成形滤波器（平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.4）。经内插及低通滤波、电平控制后，进行正交相位调制，取调制结果的实部作为输出进行da转换得到中心频率为6 mhz的中频信号。dac和adc转换精度为8 bit，速率为20 mhz。图中pn1和pn2为2个等长pn码，可以相同，也可不同。若pn1和pn2不同时，应该保证其具有较好的互相关特性。

　　接收通路中，6 mhz的中频信号送入adc，adc的输出数据经增益控制进行正交下变频，变频结果经过抽取滤波器和chip脉冲成形滤波器（同发射通路中的脉冲成形滤波器）后进入相关器。输入相关器的信号分别与3种相位的本地pn码的进行相关，即当前相位的本地pn码、超前0.5 chip的本地pn码和滞后0.5 chip的本地pn码。相关器输出为分别对应3种相位的3个复值，即sum_m、sum_e和sum_l，每符号周期更新一次。3个相关值的时序关系示意图如图2所示。图中横轴为时间，纵向虚线的间距为0.5 chip，点划线表示下一次的相关时段。

　　捕获、跟踪算法利用3个相关复值对本地pn码相位和nco输出进行实时调整，得到精确的pn码相位后进行解调、帧同步以及rs解码。

　　2．硬件组成

　　硬件组成较为简洁。包含一片浮点dsp(tms320c6701)及相应的flashrom（512k×8）、扩频asic、串行数据接口部分（tl16c750）、dac（adv7128）、adc（tlc5540）以及cpld（as 64/32）。图3为硬件结构的示意图。



　　本中频系统中帧格式形成、串并转换、捕获、跟踪、频移校正、解调、帧同步、fec编解码等计算及控制过程均由dsp实现。dsp程序的设计环境为ccs2.0，程序主要由c语言编写，混入少量汇编，以保证关键过程运算和控制的实时性。

　　三、接收通路的部分工作过程

　　相对接收通路而言，发送通路比较容易实现。大部分发送通路的工作都由asic完成，并且异步串行数据的接收、rs编码、串并转换都相对简单且只占用dsp较少的资源。在研制中，较大部分的工作量集中在接收过程的dsp程序设计。

　　1．捕获与跟踪过程

　　捕获是指接收机在开始接收发送来的扩频信号时调整或选择本地pn码相位，使其与发送来的序列相位一致。跟踪是在捕获的基础上，对pn码相位做进一步的精确同步。捕获与跟踪是直扩通信的关键处理过程。本中频系统利用asic每符号周期提供的３个复相关值来进行pn码相位和nco输出的修正，实现捕获。

　　假设n表示pn码长，ph表示pn码相位，捕获的基本过程的c函数流程大致表示为图4。

　　在捕获过程中，此函数被不断调用直至实现捕获（return 1）。

　　由图2和图4可见，在捕获过程中，本地码字相位每符号周期调整1.5 chip，即可在n/1.5个符号周期内以0.5 chip为间隔遍历所有pn码相位上的相关值，当最大