線性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)的研究與分析

龐云云

摘要：線性調(diào)頻（Chirp）信號(hào)及其脈沖壓縮技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛的應(yīng)用在雷達(dá)、聲吶、生物醫(yī)學(xué)、地球物理信號(hào)處理以及擴(kuò)頻通信中。本文簡(jiǎn)單介紹了線性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)（CSS）的基本原理以及CSS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。重點(diǎn)研究CSS系統(tǒng)的BOK調(diào)制方式，及其調(diào)制下的誤碼率，并通過(guò)仿真對(duì)理論結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：線性調(diào)頻信號(hào)；線性調(diào)頻擴(kuò)頻（CSS）；二進(jìn)制正交鍵控（BOK）；誤碼率

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-864X（2016）10-0285-01

一、線性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)

Chirp信號(hào)[1]即線性調(diào)頻信號(hào)是研究最早且被廣泛應(yīng)用的一種脈沖壓縮信號(hào)[2]，具有良好的自相關(guān)性和匹配接收特性。

線性調(diào)頻擴(kuò)頻（CSS）技術(shù)即Chirp超寬帶擴(kuò)頻技術(shù)[3]，其基本原理為脈沖壓縮技術(shù)。擴(kuò)頻系統(tǒng)是用Chirp信號(hào)來(lái)表示欲傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，因?yàn)镃hirp信號(hào)掃過(guò)一定的帶寬，所以欲傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被擴(kuò)展到很寬的一段帶寬上。線性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)除具有其它擴(kuò)頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)外，還具有自身的一些顯著優(yōu)點(diǎn)，即發(fā)射功率低、抗干擾能力強(qiáng)、抗多徑效應(yīng)能力強(qiáng)、抗頻偏能力強(qiáng)等。

二、線性調(diào)頻擴(kuò)頻系統(tǒng)的調(diào)制方式

（一）系統(tǒng)的調(diào)制方式。

CSS系統(tǒng)存在兩種基本的調(diào)制方式即BOK調(diào)制和直接調(diào)制（DM）。本文主要討論BOK調(diào)制方式。

（二）BOK調(diào)制。

在BOK調(diào)制中，用SAW器件產(chǎn)生Chirp載波信號(hào)。在發(fā)射端分別用UP-Chirp信號(hào)表示“1”和用DOWN-Chirp信號(hào)表示二進(jìn)制信息“0”。UP-Chirp信號(hào)和DOWN-Chirp信號(hào)具有相同的時(shí)間周期T和帶寬B。信號(hào)在信道中傳輸時(shí)會(huì)遇到很多的干擾，因此在接收時(shí)要用匹配濾波技術(shù)。在接收端，根據(jù)UP-Chirp信號(hào)與DOWN-Chirp信號(hào)比較好的相關(guān)性以及匹配濾波特性，用單位幅度的UP-Chirp信號(hào)作為脈沖響應(yīng)[4]與DOWN-Chirp信號(hào)相結(jié)合，進(jìn)行相干解調(diào)，同理用DOWN-Chirp信號(hào)作為濾波器的脈沖響應(yīng)信號(hào)與UP-Chirp信號(hào)結(jié)合進(jìn)行相干解調(diào)。在每個(gè)傳輸信號(hào)結(jié)束時(shí)進(jìn)行抽樣判決。

（三）BOK系統(tǒng)的性能分析。

在接收端，不僅能產(chǎn)生相互匹配的信號(hào)，同時(shí)也產(chǎn)生相互不匹配的信號(hào)。匹配信號(hào)的能量相對(duì)集中，不匹配信號(hào)的能量分散在帶寬內(nèi)，不匹配的信號(hào)即可認(rèn)為時(shí)噪聲信號(hào)。

通過(guò)上述分析，可以發(fā)現(xiàn)在接收端產(chǎn)生的是匹配信號(hào)和不匹配信號(hào)之和。當(dāng)信號(hào)匹配時(shí)，能量是集中在很窄的范圍內(nèi)的一個(gè)脈沖。而不匹配時(shí)，能量被分散在比較寬的時(shí)間范圍內(nèi)，可以看做是噪聲信號(hào)。

（四）誤碼率。

在接下來(lái)對(duì)誤碼率[5]的研究中，假設(shè)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)同步，時(shí)間延遲τ是一個(gè)已知的量。通過(guò)匹配濾波器輸出后，信號(hào)能量是一個(gè)壓縮的脈沖，信號(hào)能量在t=τ+iT時(shí)刻集中輸出，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行抽樣判決，nd、nu為噪聲信號(hào)，即上面所說(shuō)的非匹配信號(hào)，均值為0，方差為N0/2。

當(dāng)bi=1時(shí)，，cUi=0；反之，當(dāng)bi=0時(shí)，cDi=0，，為發(fā)射信號(hào)的能量。

誤碼率與信噪比的關(guān)系如下圖所示。

誤碼率與信噪比的關(guān)系

（五）小結(jié)。

CSS系統(tǒng)主要有兩種調(diào)制方式，BOK調(diào)制和DM調(diào)制。DM調(diào)制只使用一路Chirp信號(hào)來(lái)表達(dá)數(shù)據(jù)符號(hào)，因此，與BOK相比，將使用更少的SAW器件。本節(jié)主要就BOK調(diào)制展開(kāi)討論。詳細(xì)闡述了BOK調(diào)制的過(guò)程，并對(duì)BOK系統(tǒng)性能加以分析，得出匹配輸出與非匹配輸出的差異。此外對(duì)BOK系統(tǒng)下的誤碼率進(jìn)行分析，從而得出信噪比越大誤碼率越小。

參考文獻(xiàn)：

[1]張鵬.基于Chirp的寬帶超寬帶通信技術(shù)研究.成都：電子科技大學(xué)，2007

[2]李賽.基于Chirp信號(hào)的超寬帶認(rèn)知無(wú)線電（CUWB）技術(shù)研究.北京：北京郵電大學(xué)，2007

[3]宋毅峰.基于線性調(diào)頻信號(hào)的超寬帶定位研究.成都：電子科技大學(xué)，2010

[4]李曉彤. 基于Chirp超寬帶系統(tǒng)干擾抑制設(shè)計(jì)與研究.山東：山東大學(xué)，2011

[5]張文杰，王艷芬.基于Chirp脈沖壓縮技術(shù)的超寬帶通信系統(tǒng)設(shè)計(jì).中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2007