擴頻通信系統中載波恢復的仿真研究

摘要：擴頻通信系統中的載波同步是指收發兩端的載波都應步調一致地進行工作，不僅要求同頻，而且對相位也有嚴格的要求。本文對擴頻通信系統中的載波恢復進行了仿真研究，得到了系統主要輸出點波形，同時對系統在高斯白噪聲情況下的誤碼性能進行了分析。
關鍵詞：擴頻通信；二進制移相鍵控；Costas環

0 引言
擴頻通信由于具有抗干擾能力強、隱蔽性好、容易實現多址傳輸等優點在移動通信、無線數據通信等領域得到了應用。擴頻通信系統中同步具有相當重要的地位，如果通信系統出現同步誤差或失去同步，會導致系統性能降低甚至通信失效。
載波恢復的目的是為了在接收端實現相干解調，即要求接收機產生一個同發射機完全相同的載波信號與發射機送來的信號相乘，以便將調制信號還原。由于相干解調比非相干解調的輸出噪聲功率小一倍，相干解調可獲得3dB增益，因此許多系統都采用了同步載波恢復技術。相干解調既適用于模擬通信，也適用于數字通信，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路(PLL)這一點是一致的。

1 系統設計原理
1．1 設計思想與系統參數
設計采用的擴頻序列為周期127的m序列，碼片速率為1000Hz，要傳送的數字信息速率200Hz，它和m序列模2加后變成復合碼去調制載波。擴頻系統采用平衡調制器，載波為2000Hz的正弦波，調制方式采用二進制移相鍵控，通過同相正交環實現載波恢復。系統總體框圖如圖1所示。

1．2 擴頻信號的產生
設信息碼為d(t)，擴頻碼m序列為m(t)，把兩信號異或就可得到擴展頻譜的信號碼，設為c(t)，則
c(t)=d(t)*m(t) (1)
將待傳送的信息同擴頻碼序列進行準確的模2加，此運算用異或門實現。信息速率200Hz，m序列碼速率1000Hz，擴頻后信號輸出速率為1000Hz。
1．3 信號調制
由于PSK調制方式誤碼率最小，因此本系統采用BPSK調制方式。擴頻后信號為c(t)，載波頻率為ω0，調相波可表示為：
s(t)=Acos[ω0t+φc(t)] (2)
式中φ相位調制指數。若規定在擴頻碼序列中當c(t)=0時，φc(t)=0；當c(t)=1時，φc(t)=π，這種調制稱為二相相移鍵控。這樣BPSK信號可用下列平衡調制信號表示，
s(t)=Ac(t)cosω0t (3)
式中c(t)是以“+1”，“-1”表示的擴頻后碼序列。
調制信號的輸出為s(t)=Ac(t)cosω0t，其中c(t)=d(t)*m(t)，為擴頻后且變為雙極性的信號，所以發送信號的完整表達式為：
s(t)=Ac(t)*m(t)cosω0t (4)
1．4 接收濾波器設計
為了限制信道噪聲，信號在進入接收機之前首先要經過接收濾波器。接收濾波器應設計為以載波f1為中心頻率，帶寬為2fc的帶通濾波器。對于本系統來講，f1=2000Hz，fc=200Hz。