一種混合擴頻通信系統及其工作方法

2023-10-10 12:49:34 1

專利名稱：一種混合擴頻通信系統及其工作方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種混合擴頻通信系統及其工作方法。
背景技術：
擴頻通信已經成為通信發展的主流技術。主要包括以下幾種方式
1、 直接序列擴頻將要發送的信息用偽隨機序列擴展到一個很寬的頻帶上去。在接收 端，用與發射端相同的偽隨機序列對接收到的擴頻信號進行相關處理，恢復出原來的信息。 幹擾信號由於與偽隨機序列不相關，在接收端被擴展，使落入信號頻帶內的幹擾信號功率大 大降低，從而提高了系統的輸出信噪比，達到抗幹擾目的。
2、 跳頻擴頻載頻受偽隨機碼的控制，不斷地、隨機地跳變，可看成載頻按照一定規 律變化的多頻頻移鍵控。
3、 跳時擴頻用偽隨機碼去控制信號發送時刻及發送時間的長短，在時間跳變中，將 一個信號分為若干個時隙，由偽隨機碼控制在哪個時隙發送信碼。
4、 線性調頻發射脈衝信號的載頻在信息脈衝持續時間T內作線性變化，其瞬時頻率隨 時間線性變化。
其中，直接序列擴頻和跳頻擴頻是兩種比較常用的擴頻方式。直接序列擴頻使用偽隨機 序列和PSK (Phase Shift Keying,移相鍵控)調製技術擴展頻譜，由於擴頻序列的碼片周 期遠遠小於調製數據的周期，因此，經過直接序列擴頻後的頻譜範圍得到擴展，大大降低了 發射信號的功率譜密度，可以減小對其它信號的幹擾，同時利於信號的隱蔽，具有抗幹擾性 、保密性和抗多徑能力。而跳頻擴頻由於採用窄帶調製技術，抗多徑幹擾的能力較弱，同時 由於在每一跳之間，跳頻信號本質上就是窄帶調製信號具有很高的功率譜，形成對其它用戶 的嚴重幹擾，也易於被檢測和截獲。雖然直接序列擴頻技術具有上述的一些優點，但是其抗 幹擾能力主要取決與擴頻序列的長度，而加大擴頻序列的長度會降低調製數據的傳輸速率， 這是矛盾的
發明內容
為了解決直接序列擴頻技術中由於加大擴頻序列的長度，導致數據的傳輸率降低，以及 跳頻擴頻技術抗幹擾能力弱等問題，本發明提供了一種混合擴頻通信系統及其工作方法。
本發明提供了一種混合擴頻通信系統，包括發送端和接收端，所述發送端包括基帶調製 器、第一混頻器、第一直接數字頻率合成器、第一頻率合成器、發射射頻處理模塊及第一天 線；所述接收端包括第二天線、接收射頻處理模塊、第二混頻器、第三混頻器、第二頻率合 成器、第二直接數字頻率合成器、中頻處理模塊、模數轉換模塊及基帶處理模塊；
所述基帶調製器，用於對傳輸數據進行直接序列擴頻後得到數字基帶直擴信號；
所述第一直接數字頻率合成器，用於對所述數字基帶直擴信號進行跳頻載波調製得到模 擬跳頻中頻信號；
所述第一頻率合成器和第一混頻器，用於對所述模擬跳頻中頻信號進行上變頻得到跳頻 射頻信號；
所述發射射頻處理模塊，用於對所述跳頻射頻信號進行射頻處理，並通過所述第一天線 發送射頻處理後的跳頻射頻信號；
所述接收射頻處理模塊，用於通過所述第二天線接收所述發射射頻處理模塊發送的跳頻 射頻信號，並進行接收射頻處理，得到接收端的跳頻射頻信號；
所述第二頻率合成器和第二混頻器，用於對接收端的跳頻射頻信號進行下變頻得到跳頻 中頻信號；
所述第二直接數字頻率合成器和第三混頻器，用於對所述跳頻中頻信號進行解跳下變頻
得到固定載波頻率的模擬中頻信號；
所述中頻處理模塊，用於對所述模擬中頻信號進行中頻處理； 所述模數轉換模塊，用於對所述模擬中頻信號進行模數變換得到數字中頻信號； 所述基帶處理模塊，用於對所述數字中頻信號進行基帶處理後得到輸出數據。 所述基帶調製器包括I路直接擴頻序列發生器、Q路直接擴頻序列發生器、串並變換模塊
、直接序列擴頻模塊、成形濾波器、跳頻序列發生器和跳頻控制指令發生器；
所述I路直接擴頻序列發生器和Q路直接擴頻序列發生器分別用於產生I路直接擴頻序列
和Q路直接擴頻序列；
所述跳頻序列發生器，用於產生跳頻偽隨機序列；
所述串並變換模塊，用於對數據進行串並變換以實現傳輸數據的I路數據和Q路數據分離 所述直接序列擴頻模塊，用於利用所述I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列對I路數據和Q路數據分別進行I路直接擴頻和Q路直接擴頻，得到I路數字基帶直擴信號和Q路數字基帶 直擴信號；
所述成形濾波器，用於對所述I路數字基帶直擴信號和Q路數字基帶直擴信號進行成形濾
波；
所述跳頻控制指令發生器，用於根據所述跳頻偽隨機序列產生相應的跳頻控制指令。 所述第一直接數字頻率合成器包括跳頻調製模塊和QPSK調製模塊；
所述QPSK調製模塊，用於對所述I路數字基帶直擴信號和Q路數字基帶直擴信號分別進行 QPSK調製；
所述跳頻調製模塊，用於在所述跳頻控制指令的控制下實現跳頻載波的調製得到模擬跳 頻中頻信號。
所述發射射頻處理模塊包括第一帶通濾波器和射頻放大器； 所述第一帶通濾波器，用於對所述跳頻射頻信號進行信道選擇濾波； 所述射頻放大器，用於對濾波後的跳頻射頻信號進行射頻功率放大。 所述接收射頻處理模塊包括第二帶通濾波器和低噪聲放大器；
所述第二帶通濾波器，用於對所述第二天線接收的射頻處理後的跳頻射頻信號進行帶通 選擇濾波；
所述低噪聲放大器，用於對所述第二帶通濾波器輸出的信號進行功率放大。 所述中頻處理模塊包括低通濾波器和可變增益放大器； 所述低通濾波器，用於對所述模擬中頻信號進行低通濾波；
所述可變增益放大器，用於對所述低通濾波器輸出的信號進行可變增益放大得到功率恆 定的中頻信號。
所述基帶處理模塊包括跳頻序列發生器、跳頻控制指令發生器、I路直接擴頻序列發生 器、Q路直接擴頻序列發生器、數控振蕩器、並串變換器、數據解調模塊、直接序列擴頻解 擴模塊及功率檢測模塊；
所述功率檢測模塊，用於對所述模數轉換模塊輸出的數字中頻信號進行功率檢測來控制 中頻可變增益放大器的放大倍數；
所述數控振蕩器，用於產生本地數字載波輸出至載波剝離模塊，以對所述模數轉換模塊 輸出的數字中頻信號進行載波剝離；
所述I路直接擴頻序列發生器和Q路直接擴頻序列發生器，分別用於產生I路直接擴頻序 列和Q路直接擴頻序列；所述直接序列擴頻解擴模塊，用於利用所述I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列對載波 剝離模塊輸出的信號進行直接序列擴頻解擴，得到I路數據和Q路數據； 所述數據解調模塊，用於對I路數據和Q路數據進行解調；
所述並串變換器，用於對解調後的I路數據和Q路數據進行並串變換後得到輸出數據。
本發明還提供了一種混合擴頻通信系統的工作方法，所述方法包括
步驟A:發送端對傳輸數據進行直接序列擴頻及跳頻載波調製，生成跳頻射頻信號，並
發送所述跳頻射頻信號；
步驟B:接收端接收所述跳頻射頻信號，並對所述跳頻射頻信號進行下變頻解調及基帶
處理，得到輸出數據。
所述步驟A具體包括
步驟A1:發送端基帶調製器對傳輸數據進行直接序列擴頻後得到數字基帶直擴信號； 步驟A2:發送端第一直接數字頻率合成器對所述數字基帶直擴信號進行跳頻載波調製得 到模擬跳頻中頻信號；
步驟A3:發送端第一頻率合成器和第一混頻器對所述模擬跳頻中頻信號進行上變頻得到 跳頻射頻信號；
步驟A4:發送端發射射頻處理模塊對所述跳頻射頻信號進行射頻處理，並通過第一天線
發送所述跳頻射頻信號。
所述步驟B具體包括
步驟B1:接收端接收射頻處理模塊通過第二天線接收所述跳頻射頻信號，並對所述跳頻 射頻信號進行接收射頻處理，得到接收端的跳頻射頻信號；
步驟B2:接收端第二頻率合成器和第二混頻器對接收端的跳頻射頻信號進行下變頻得到 跳頻中頻信號；
步驟B3:接收端第二直接數字頻率合成器和第三混頻器對所述跳頻中頻信號進行解跳下 變頻得到固定載波頻率的模擬中頻信號；
步驟B4:接收端中頻處理模塊對所述模擬中頻信號進行中頻處理，並由模數轉換模塊進 行模數變換得到數字中頻信號；
步驟B5:接收端基帶處理模塊對所述數字中頻信號進行基帶處理後得到輸出數據。
所述步驟A1具體包括
步驟A1-1:基帶調製器的I路直接擴頻序列發生器和Q路直接擴頻序列發生器分別產生I 路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列；步驟Al-2:基帶調製器的跳頻序列發生器產生跳頻偽隨機序列；
步驟Al-3:基帶調製器的串並變換模塊對傳輸數據進行串並變換，得到I路數據和Q路數
據；
步驟Al-4:基帶調製器的直接序列擴頻解擴模塊利用所述I路直接擴頻序列和Q路直接擴 頻序列對I路數據和Q路數據分別進行I路直接擴頻和Q路直接擴頻，得到I路數字基帶直擴信 號和Q路數字基帶直擴信號。
所述步驟A2具體包括
步驟A2-1:第一直接數字頻率合成器的QPSK調製模塊對所述I路數字基帶直擴信號和Q路
數字基帶直擴信號分別進行QPSK調製；
步驟A2-2:第一直接數字頻率合成器的跳頻調製模塊在跳頻控制指令的控制下，對跳頻
載波進行調製得到模擬跳頻中頻信號。
所述步驟A4具體包括
步驟A4-1:發射射頻處理模塊的第一帶通濾波器對所述跳頻射頻信號進行信道選擇濾波
步驟A4-2:發射射頻處理模塊的射頻放大器對濾波後的跳頻射頻信號進行射頻功率放大
，並通過第一天線發送放大後的跳頻射頻信號。
步驟B1具體包括
步驟B1-1:接收射頻處理模塊的第二帶通濾波器對第二天線接收的射頻處理後的跳頻射 頻信號進行帶通選擇濾波；
步驟Bl-2:接收射頻處理模塊的低噪聲放大器對所述第二帶通濾波器輸出的信號進行功
率放大。
所述步驟B4具體包括
步驟84-1:中頻處理模塊的低通濾波器對所述模擬中頻信號進行低通濾波；
步驟B4-2:中頻處理模塊的可變增益放大器對所述低通濾波器輸出的信號進行可變增益
放大得到功率恆定的模擬中頻信號；
步驟B4-3:中頻處理模塊的模數轉換模塊對所述模擬中頻信號進行模數轉換得到數字中
頻信號。
所述步驟B5具體包括
步驟B5-1:基帶處理模塊的功率檢測模塊對所述模數轉換模塊輸出的數字中頻信號進行 功率檢測，並控制所述可變增益放大器的放大倍數；步驟B5-2:基帶處理模塊的數控振蕩器產生本地數字載波輸出至載波剝離模塊，並對所 述模數轉換模塊輸出的數字中頻信號進行載波剝離；
步驟B5-3:基帶處理模塊的I路直接擴頻序列發生器和Q路直接擴頻序列發生器分別產生 I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列，基帶處理模塊的直接序列擴頻解擴模塊利用I路直接 擴頻序列和Q路直接擴頻序列對載波剝離模塊輸出的信號進行直接序列擴頻解擴，得到I路數 據和Q路數據；
步驟B5-4:基帶處理模塊的數據解調模塊對所述I路數據和Q路數據進行解調； 步驟B5-5:基帶處理模塊的並串變換器對解調後的I路數據和Q路數據進行並串變換後得 到輸出數據。
有益效果本發明提供的通信系統在直接序列擴頻的基礎上進一步增加了載波在偽隨機
跳頻序列的控制下進行隨機跳變的功能，極大地擴展了整個通信系統的頻譜，提高了系統的
保密性和抗幹擾能力；本發明混合擴頻系統的信號頻譜可以在直接序列擴頻頻譜擴展的基礎 上，通過跳頻擴頻進一步大大的擴展，提高了系統的抗幹擾能力；同時由於本發明的混合擴 頻系統綜合了直接序列擴頻和跳頻擴頻兩種擴頻方式，採用了兩級擴頻機制，而每一級擴頻 可以採用不同的擴頻序列，這樣提高了系統保密性。


圖l是本發明實施例l混合擴頻通信系統結構示意圖2是本發明實施例1發送端射頻處理框圖3是本發明實施例1發射端DDS框圖4是本發明實施例1發射端基帶調製器結構示意圖5是本發明實施例1接收端射頻處理框圖6是本發明實施例1接收端中頻處理框圖7是本發明實施例1接收端基帶處理模塊結構示意圖8是本發明實施例1信號發射流程示意圖9是本發明實施例1信號接收流程示意圖10是本發明實施例1混合擴頻通信系統的跳頻頻點分布圖11是本發明實施例1直解序列擴頻帶寬等於相鄰跳頻間隔的系統頻譜分布圖12是本發明實施例1直解序列擴頻帶寬等於兩倍相鄰跳頻間隔的系統頻譜分布圖;
圖13是本發明實施例2提供的混合擴頻通信系統的工作方法流程圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進 一步地詳細描述。 實施例l
參見圖1 ，本發明實施例提供了一種跳頻和直接序列擴頻相結合的混合擴頻通信系統， 該系統包括發送端和接收端。發送端包括基帶調製器105、混頻器103、直接數字頻率合成器 104、頻率合成器102、發射射頻處理模塊101及天線100;接收端包括天線IOO、接收射頻處 理模塊IIO、混頻器lll、混頻器119、頻率合成器112、直接數字頻率合成器114、中頻處理 模塊115、模數轉換模塊116及基帶處理模塊117;
基帶調製器105，用於對傳輸數據進行直接序列擴頻後得到數字基帶直擴信號； 直接數字頻率合成器104，用於對數字基帶直擴信號進行跳頻載波調製得到模擬跳頻中 頻信號；
頻率合成器102和混頻器103，用於對模擬跳頻中頻信號進行上變頻得到跳頻射頻信號； 發射射頻處理模塊IOI，用於對跳頻射頻信號進行射頻處理，並通過天線100發送射頻處 理後的跳頻射頻信號；
發送端的天線IOO，用於發送跳頻射頻信號； 接收端的天線IOO，用於接收跳頻射頻信號；
接收射頻處理模塊IIO，用於對接收端的天線100接收的跳頻射頻信號進行接收射頻處理 ，得到接收端的跳頻射頻信號；
頻率合成器l 12和混頻器111 ，用於對接收端的跳頻射頻信號進行下變頻得到跳頻中頻信
號；
直接數字頻率合成器114和混頻器113，用於對跳頻中頻信號進行解跳下變頻得到固定載 波頻率的模擬中頻信號；
中頻處理模塊115，用於對模擬中頻信號進行中頻處理；
模數轉換模塊116，用於對模擬中頻信號進行模數變換得到數字中頻信號；
基帶處理模塊117，用於對數字中頻信號進行基帶處理後得到輸出數據。
其中，基帶調製器105包括I路直接擴頻序列發生器402、 Q路直接擴頻序列發生器404、
串並變換模塊401、直接序列擴頻模塊403、成形濾波器405、跳頻序列發生器406和跳頻控制
指令發生器407，如圖4所示；
I路直接擴頻序列發生器402和Q路直接擴頻序列發生器404分別用於產生I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列；
跳頻序列發生器406，用於產生跳頻偽隨機序列；
串並變換模塊401，用於對數據進行串並變換以實現傳輸數據的I路數據和Q路數據分離
直接序列擴頻模塊403 ，用於利用I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列對I路數據和Q路 數據分別進行I路直接擴頻和Q路直接擴頻，得到I路數字基帶直擴信號和Q路數字基帶直擴信 號；
成形濾波器405，用於對I路數字基帶直擴信號和Q路數字基帶直擴信號進行成形濾波； 跳頻控制指令發生器407，用於根據跳頻偽隨機序列產生相應的跳頻控制指令。 其中，直接數字頻率合成器104包括跳頻調製模塊301和QPSK調製模塊302，如圖3所示； QPSK (Quadrature Phase Shift Keying,四相移相鍵控)調製模塊302，用於對I路數
字基帶直擴信號和Q路數字基帶直擴信號分別進行QPSK調製；
跳頻調製模塊301，用於在跳頻控制指令的控制下實現跳頻載波的調製得到模擬跳頻中
頻信號。
其中，發射射頻處理模塊101包括第一帶通濾波器201和射頻放大器202，如圖2所示；第 一帶通濾波器201，用於對跳頻射頻信號進行信道選擇濾波；射頻放大器202，用於對濾波後 的跳頻射頻信號進行射頻功率放大。
其中，接收射頻處理模塊110包括第二帶通濾波器501和低噪聲放大器502，如圖5所示； 第二帶通濾波器501，用於對接收端天線100接收的射頻處理後的跳頻射頻信號進行帶通選擇 濾波；低噪聲放大器502，用於對所述第二帶通濾波器輸出的信號進行功率放大。
其中，中頻處理模塊115包括低通濾波器601和可變增益放大器602，如圖6所示；低通濾 波器601，用於對模擬中頻信號進行低通濾波；可變增益放大器602，用於對低通濾波器輸出 的信號進行可變增益放大得到功率恆定的中頻信號。
其中，基帶處理模塊117包括跳頻序列發生器701、跳頻控制指令發生器702、 I路直接擴 頻序列發生器707、 Q路直接擴頻序列發生器708、數控振蕩器705、並串變換器710、數據解 調模塊709、直接序列擴頻解擴模塊706及功率檢測模塊703，如圖7所示；
功率檢測模塊703，用於對模數轉換模塊116輸出的數字中頻信號進行功率檢測來控制中 頻可變增益放大器602的放大倍數；
數控振蕩器705，用於產生本地數字載波輸出至載波剝離模塊704，以對模數轉換模塊 116輸出的數字中頻信號進行載波剝離；I路直接擴頻序列發生器707和Q路直接擴頻序列發生器708，分別用於產生I路直接擴頻 序列和Q路直接擴頻序列；
直接序列擴頻解擴模塊706，用於利用I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列對載波剝離 模塊704輸出的信號進行直接序列擴頻解擴，得到I路數據和Q路數據；
數據解調模塊709，用於對I路數據和Q路數據進行解調；
並串變換器710，用於對解調後的I路數據和Q路數據進行並串變換後得到輸出數據。 參見圖8和圖9，本實施例提供的混合擴頻通信系統的工作原理是
1) 信號發送發送端將傳輸數據經過基帶調製器105進行數據的直接序列擴頻調製，需 要I、 Q兩路直接擴頻序列發生器402、 404分別產生兩路不同的擴頻碼；將需要傳輸的數據經 過串/並變換模塊401後被分離為I、 Q兩路，利用直接序列擴頻模塊403對I、 Q兩路數據進行 直接序列擴頻；經過直接序列擴頻後的兩路信號經過成形濾波器405成形後通過直接數字頻 率合成器(DDS)結構中的QPSK調製模塊302進行QPSK調製；跳頻序列發生器406產生與直接 擴頻序列完全不相關的一組偽隨機跳頻序列，並通過跳頻控制指令發生器407按此序列產生 相應的針對直接數字頻率合成器(DDS) 104的跳頻控制指令；跳頻控制指令發生器407產生 的控制指令通過跳頻調製模塊301來控制DDS 104的載波按照偽隨機的方式在特定的頻點上變
換，這樣的載波頻點總共N個，分別為'… ，如圖10所示；這樣，由DDS 104輸出
的信號就是載波頻率按偽隨機跳頻序列變換的一種跳頻和直接序列擴頻相結合的模擬中頻信 號，該模擬中頻信號已經具備了混合擴頻通信系統的特性；為了便於有效的無線傳輸，利用 混頻器103和頻率合成器102將此模擬中頻信號再經過一次模擬上變頻，並經過發射射頻處理 模塊101中的第一帶通濾波器201進行發送前的限帶處理；將限帶後的發射信號經過射頻放大 器202放大到合適的功率，通過天線1 OO發射出去，這樣就完成了整個跳頻和直接序列擴頻通 信系統的信號發射過程。
2) 信號接收接收端經由天線100接收信號，首先經過接收射頻處理模塊110的處理， 通過第二帶通濾波器501來限制帶外噪聲對接收機的影響，接下來經過低噪聲放大器502進行 一定的功率放大；經過模擬前端處理後的信號需要利用本地頻率合成器112和第一級混頻器 lll進行接收端的第一次模擬下變頻，將信號變換到相對低的頻率；經過第一次下變頻後的 信號再和本地DDS 114產生的跳頻信號進行第二次混頻器113來實現解跳處理，這裡DDS產生 的跳變載波頻率由跳頻序列發生器701通過調頻控制指令發生器702產生對應的控制指令來控 制，而接收端的跳頻序列發生器和發送端的跳頻序列發生器相同，由它控制DDS產生的載波
同樣在'… 之內跳變，這樣可以保證收發的跳頻載波按照同樣的規律跳變；解跳處理後的模擬低中頻信號經過中頻處理模塊115後送入ADC進行採樣；基帶處理模塊117將輸 入的數位訊號經過功率檢測模塊703，並根據檢測結果調整相應的中頻可變增益放大器602的 放大倍數，實現整個通信鏈路的自動增益控制；在本地數控振蕩器705的幫助下，載波剝離 模塊704對數字中頻信號進行載波剝離形成零中頻基帶信號，然後利用和發送端相同的I、 Q 兩路直接擴頻序列發生器707、 708對零中頻基帶信號經過直接序列擴頻解擴(簡稱直擴解擴 )模塊706進行直接序列解擴；直擴解擴後的兩路信號經過數據解調模塊709，再經過並串變 換器710就可以得到發送端發送的數據，這樣就完成了整個跳頻和直接序列擴頻通信系統的 信號接收過程。
圖8示出了本實施例信號發射流程示意圖，用戶需要發送的數據經過串並變換後分離成I 、Q兩路並行的數據；I、 Q兩路用戶數據被兩路不相關的直接擴頻序列進行了直接序列擴頻 ，變成了直擴信號；兩路直擴信號在DDS內部進行QPSK調製後合併為一路信號；在DDS內部同 時進行的還包括將這一路信號調製到頻率跳變的載波上的跳頻調製操作；跳頻調製之後的信 號已經具有了跳頻和直接序列擴頻通信系統的信號特徵，將其再進行一次模擬上變頻後通過 天線發射出去。
圖9示出了本實施例信號接收流程示意圖，接收端通過天線接收信號後首先需要經過一 次模擬下變頻將射頻信號變換到頻率相對比較低中頻信號IF1，這裡的中頻信號IF1仍然具有 跳頻和直接序列擴頻的特性；接下來利用DDS產生跳變載波和IF1進行第二次模擬混頻後得到 頻率更低的中頻信號IF2，這裡的中頻信號IF2已經去掉了跳頻的特性，只保留直接序列擴頻 的信號特性了 ；利用ADC對只包含直接序列擴頻信號特性的模擬中頻信號IF2進行採樣後變成 數字中頻信號；在數字域對數字中頻信號進行載波剝離後得到了零中頻的數字基帶信號；採 用和發射端相同的I、 Q兩路直接擴頻序列發生器對數字基帶信號進行直擴解擴處理，及通常 所說的碼剝離；對經過碼剝離後的信號進行數據解調就可以得到並行的I、 Q兩路用戶數據； 最後對並行的I、 Q兩路數據進行並串變換後就得到了發送端發射的用戶數據。
本實施例跳頻和直接序列擴頻相結合的混合擴頻通信系統的最大的特點體現在它的信號 頻譜特性上，相對與單純的跳頻系統和直接序列擴頻系統來說，其具有的更好的保密性和更 強的抗幹擾性也都可以在其信號的頻譜特性上面體現出來，下面詳細介紹一下本實施例的混 合擴頻通信系統的信號頻譜特性。
圖10示出了本實施例混合擴頻通信系統的跳頻頻點分布圖。整個混合擴頻通信系統可以
跳變的載波總共有N個，分別為'，這些頻點等間隔的分布在頻率軸上，相鄰 頻點的間隔為^^^ 。頻率間隔^^f取決於直接擴頻序列的碼片周期^^，最保守的設置為formula see original document page 18
，這樣可以保證相鄰載波頻率之間的信號不會發生幹擾。但是在實際的系統中
formula see original document page 18
，為了更好的利用頻譜資源通常將其設置為 2Jb，而且由於在產生跳頻序列控制 頻點的跳變時有一個最基本的原則是避免相鄰時刻的跳變頻點為頻域上的相鄰頻點，所以這
樣對^^f進行設置是可以保證相鄰載波頻率之間的信號不會相互幹擾的。整個混合擴頻通
信的系統抗幹擾能力的提高與總的頻率跳變頻點數N密切相關，N越大，系統佔用的整體頻譜 就越寬，相應的等效跳頻擴頻增益越高，對應的抗幹擾能力越強。另外，系統的保密性與跳 頻序列的特性息息相關，跳頻序列的周期越長，跳頻序列的複雜度越高，則其跳頻規律越不 容易破解，整個系統的保密性就越強。
圖1 l示出了一種特定設置條件下本實施例混合擴頻通信系統的整體頻譜分布圖。圖11中
『4
W表示直接序列擴頻的帶寬，它和直接擴頻序列的碼片周期Tc相關 。碼片周期越
短，對應的碼速率越高，擴頻後的頻譜寬度就越大，系統的抗幹擾性能也就越好。但要注意 的是，碼片周期越短，對系統的同步精度要求也越高，這是設計系統時需要綜合考慮的一個 指標。和跳頻偽隨機序列的要求一樣，對於直接擴頻序列來說，其周期越長、複雜度越高， 則其越不容易破解，整個系統的保密性就越強。在圖11中，採用的就是上面提到的最保守的
設置，即J 相鄰跳頻頻點之間的間隔等於直接序列擴頻帶寬。而整個系統的頻譜
寬度U和跳頻頻點的總數N以及相鄰頻點的間隔^^^有關，對於圖ll的情況來說，系統的總
頻譜帶寬 。圖12和圖11的差別在於，圖12中相鄰跳頻頻點之
『
間的間隔等於直接序列擴頻帶寬的一半，即 2 。這樣，從圖12中可以看出系統總的擴
頻帶寬
實施例2
參見圖13，本發明實施例還提出了跳頻和直接序列擴頻相結合的混合擴頻通信系統的工
作方法，具體包括以下步驟
步驟l:發送端基帶調製器對傳輸數據進行直接序列擴頻後得到數字基帶直擴信號； 基帶調製器的I路直接擴頻序列發生器和Q路直接擴頻序列發生器分別產生I路直接擴頻
序列和Q路直接擴頻序列；基帶調製器的跳頻序列發生器產生跳頻偽隨機序列；基帶調製器的串並變換模塊對傳輸數據進行串並變換，得到I路數據和Q路數據；基帶調製器的直接序列 擴頻解擴模塊利用所述I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列對I路數據和Q路數據分別進行I 路直接擴頻和Q路直接擴頻，得到I路數字基帶直擴信號和Q路數字基帶直擴信號；進一步地 ，還可以利用成形濾波器對I、 Q兩路輸出分別進行成形濾波，並利用跳頻偽隨機序列產生相 應的跳頻控制指令；
步驟2:發送端利用第一直接數字頻率合成器對數字直擴信號進行跳頻載波調製，得到 模擬跳頻中頻信號；
第一直接數字頻率合成器的QPSK調製模塊對I路數字基帶直擴信號和Q路數字基帶直擴信 號分別進行QPSK調製；第一直接數字頻率合成器的跳頻調製模塊在跳頻控制指令的控制下， 對跳頻載波進行調製得到模擬跳頻中頻信號；
步驟3:發送端利用第一頻率合成器和第一混頻器對模擬跳頻中頻信號進行上變頻，得 到跳頻射頻信號；
步驟4:發送端發射射頻處理模塊對跳頻射頻信號進行射頻處理後，通過第一天線發送 出去；
發射射頻處理模塊的第一帶通濾波器對跳頻射頻信號進行信道選擇濾波；發射射頻處理 模塊的射頻放大器對濾波後的跳頻射頻信號進行射頻功率放大，並通過第一天線發送放大後 的跳頻射頻信號；
步驟5:接收端接收射頻處理模塊對第二天線接收的跳頻射頻信號進行接收射頻處理， 得到接收端的跳頻射頻信號；
接收射頻處理模塊的第二帶通濾波器對第二天線接收的射頻處理後的跳頻射頻信號進行 帶通選擇濾波；接收射頻處理模塊的低噪聲放大器對第二帶通濾波器輸出的信號進行功率放 大；
步驟6:接收端利用本地第二頻率合成器和第二混頻器對接收端的跳頻射頻信號進行下 變頻，得到跳頻中頻信號；
步驟7:接收端利用本地第二直接數字頻率合成器和第三混頻器對跳頻中頻信號進行解 跳下變頻，得到固定載波頻率的模擬中頻信號；
步驟8:接收端中頻處理模塊對固定載波頻率的模擬中頻信號進行中頻處理，並利用 ADC採樣得到數字中頻信號；
中頻處理模塊的低通濾波器對模擬中頻信號進行低通濾波；中頻處理模塊的可變增益放 大器對低通濾波器輸出的信號進行可變增益放大得到功率恆定的模擬中頻信號；中頻處理模塊的模數轉換模塊對模擬中頻信號進行ADC採樣得到數字中頻信號。
步驟9:接收端基帶處理模塊對數字中頻信號進行基帶處理後，得到最終的輸出數據。
基帶處理模塊的功率檢測模塊對數字中頻信號進行功率檢測，並控制可變增益放大器的 放大倍數；基帶處理模塊的數控振蕩器產生本地數字載波輸出至載波剝離模塊，並對數字中 頻信號進行載波剝離；基帶處理模塊的I路直接擴頻序列發生器和Q路直接擴頻序列發生器分 別產生I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列，基帶處理模塊的直接序列擴頻解擴模塊利用I 路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列對載波剝離模塊輸出的信號進行直接序列擴頻解擴，得 到I路數據和Q路數據；基帶處理模塊的數據解調模塊對I路數據和Q路數據進行解調；基帶處 理模塊的並串變換器對解調後的I路數據和Q路數據進行並串變換後得到輸出數據。
在實際應用中，發送數據首先經過串並變換後分離成I、 Q兩路數據，接著進行直接序列 擴頻，對直擴後的數據進行QPSK調製和跳頻調製，最後經過信道選擇帶通濾波後通過天線發 射出去；接收端對信號接收後首先進行模擬下變頻，接下來在模擬域進行解跳處理，對解跳 後的信號進行模數變換後在數字域進行解擴操作，將解擴後的信號進行數據解調和並串變換 後得到最終的發送數據。
針對本發明實施例提出的跳頻和直接序列擴頻相結合的混合擴頻通信系統。下面給出一 個具體系統的參數，系統採用的I、 Q兩路直接序列擴頻碼長度為256、碼片速率為1.024MHz 、調製方式QPSK、相鄰跳頻頻點間隔1.024MHz、跳頻頻點數50、總的系統帶寬51. 2MHz、跳 頻速率1000hop/s、直接序列擴頻增益為24dB、等效跳頻擴頻增益為17dB、總的擴頻增益 41dB、信道速率為8Kbps。
本發明實施例將直接序列擴頻技術和跳頻擴頻技術結合起來，實現了一種混合擴頻通信 系統，該通信系統在直接序列擴頻的基礎上進一步增加了載波在偽隨機跳頻序列的控制下進 行隨機跳變的功能，極大地擴展了整個通信系統的頻譜，由於其包含直接序列擴頻技術，所 以其發射頻譜具有很低的功率譜密度，不會對其它信號產生幹擾，同時還可以隱蔽自己，具 有極高的保密性和抗幹擾性；另外，由於該混合擴頻系統還增加了載波隨偽隨機序列跳變的 功能，這大大地擴展了信號的頻譜，增加了幹擾的難度，進一步提高了系統的抗幹擾能力； 本發明實施例混合擴頻系統的信號頻譜可以在直接序列擴頻頻譜擴展的基礎上，通過跳頻擴 頻進一步大大的擴展，提高了系統的抗幹擾能力；同時由於本發明實施例混合擴頻系統綜合 了直接序列擴頻和跳頻擴頻兩種擴頻方式，採用了兩級擴頻機制，而每一級擴頻可以採用不 同的擴頻序列，這樣提高了系統保密性。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種混合擴頻通信系統，包括發送端和接收端，其特徵在於，所述發送端包括基帶調製器、第一混頻器、第一直接數字頻率合成器、第一頻率合成器、發射射頻處理模塊及第一天線；所述接收端包括第二天線、接收射頻處理模塊、第二混頻器、第三混頻器、第二頻率合成器、第二直接數字頻率合成器、中頻處理模塊、模數轉換模塊及基帶處理模塊；所述基帶調製器，用於對傳輸數據進行直接序列擴頻後得到數字基帶直擴信號；所述第一直接數字頻率合成器，用於對所述數字基帶直擴信號進行跳頻載波調製得到模擬跳頻中頻信號；所述第一頻率合成器和第一混頻器，用於對所述模擬跳頻中頻信號進行上變頻得到跳頻射頻信號；所述發射射頻處理模塊，用於對所述跳頻射頻信號進行射頻處理，並通過所述第一天線發送射頻處理後的跳頻射頻信號；所述接收射頻處理模塊，用於通過所述第二天線接收所述發射射頻處理模塊發送的跳頻射頻信號，並進行接收射頻處理，得到接收端的跳頻射頻信號；所述第二頻率合成器和第二混頻器，用於對接收端的跳頻射頻信號進行下變頻得到跳頻中頻信號；所述第二直接數字頻率合成器和第三混頻器，用於對所述跳頻中頻信號進行解跳下變頻得到固定載波頻率的模擬中頻信號；所述中頻處理模塊，用於對所述模擬中頻信號進行中頻處理；所述模數轉換模塊，用於對所述模擬中頻信號進行模數變換得到數字中頻信號；所述基帶處理模塊，用於對所述數字中頻信號進行基帶處理後得到輸出數據。
2.如權利要求l所述的混合擴頻通信系統，其特徵在於，所述基帶調製器包括I路直接擴頻序列發生器、Q路直接擴頻序列發生器、串並變換模塊、直接序列擴頻模塊、成形濾波器、跳頻序列發生器和跳頻控制指令發生器；所述I路直接擴頻序列發生器和Q路直接擴頻序列發生器分別用於產生I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列；所述跳頻序列發生器，用於產生跳頻偽隨機序列；所述串並變換模塊，用於對數據進行串並變換以實現傳輸數據的I路數據和Q路數據分離；所述直接序列擴頻模塊，用於利用所述I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列對I路數據和Q路數據分別進行I路直接擴頻和Q路直接擴頻，得到I路數字基帶直擴信號和Q路數字基帶直擴信號；所述成形濾波器，用於對所述I路數字基帶直擴信號和Q路數字基帶直擴信號進行成形濾波；所述跳頻控制指令發生器，用於根據所述跳頻偽隨機序列產生相應的跳頻控制指令。
3.如權利要求2所述的混合擴頻通信系統，其特徵在於，所述第一直接數字頻率合成器包括跳頻調製模塊和QPSK調製模塊；所述QPSK調製模塊，用於對所述I路數字基帶直擴信號和Q路數字基帶直擴信號分別進行QPSK調製；所述跳頻調製模塊，用於在所述跳頻控制指令的控制下實現跳頻載波的調製得到模擬跳頻中頻信號。
4.如權利要求3所述的混合擴頻通信系統，其特徵在於，所述發射射頻處理模塊包括第一帶通濾波器和射頻放大器；所述第一帶通濾波器，用於對所述跳頻射頻信號進行信道選擇濾波；所述射頻放大器，用於對濾波後的跳頻射頻信號進行射頻功率放大。
5.如權利要求4所述的混合擴頻通信系統，其特徵在於，所述接收射頻處理模塊包括第二帶通濾波器和低噪聲放大器；所述第二帶通濾波器，用於對所述第二天線接收的射頻處理後的跳頻射頻信號進行帶通選擇濾波；所述低噪聲放大器，用於對所述第二帶通濾波器輸出的信號進行功率放大。
6.如權利要求5所述的混合擴頻通信系統，其特徵在於，所述中頻處理模塊包括低通濾波器和可變增益放大器；所述低通濾波器，用於對所述模擬中頻信號進行低通濾波；所述可變增益放大器，用於對所述低通濾波器輸出的信號進行可變增益放大得到功率恆定的中頻信號。
7.如權利要求6所述的混合擴頻通信系統，其特徵在於，所述基帶處理模塊包括跳頻序列發生器、跳頻控制指令發生器、I路直接擴頻序列發生器、Q路直接擴頻序列發生器、數控振蕩器、並串變換器、數據解調模塊、直接序列擴頻解擴模塊及功率檢測模塊；所述功率檢測模塊，用於對所述模數轉換模塊輸出的數字中頻信號進行功率檢測來控制中頻可變增益放大器的放大倍數；所述數控振蕩器，用於產生本地數字載波輸出至載波剝離模塊，以對所述模數轉換模塊輸出的數字中頻信號進行載波剝離；所述I路直接擴頻序列發生器和Q路直接擴頻序列發生器，分別用於產生I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列；所述直接序列擴頻解擴模塊，用於利用所述I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列對載波剝離模塊輸出的信號進行直接序列擴頻解擴，得到I路數據和Q路數據；所述數據解調模塊，用於對I路數據和Q路數據進行解調；所述並串變換器，用於對解調後的I路數據和Q路數據進行並串變換後得到輸出數據。
8.一種混合擴頻通信系統的工作方法，其特徵在於，所述方法包括步驟A:發送端對傳輸數據進行直接序列擴頻及跳頻載波調製，生成跳頻射頻信號，並發送所述跳頻射頻信號；步驟B:接收端接收所述跳頻射頻信號，並對所述跳頻射頻信號進行下變頻解調及基帶處理，得到輸出數據。
9.如權利要求8所述的混合擴頻通信系統的工作方法，其特徵在於，所述步驟A具體包括步驟A1:發送端基帶調製器對傳輸數據進行直接序列擴頻後得到數字基帶直擴信號；步驟A2:發送端第一直接數字頻率合成器對所述數字基帶直擴信號進行跳頻載波調製得到模擬跳頻中頻信號；步驟A3:發送端第一頻率合成器和第一混頻器對所述模擬跳頻中頻信號進行上變頻得到跳頻射頻信號；步驟A4:發送端發射射頻處理模塊對所述跳頻射頻信號進行射頻處理，並通過第一天線發送所述跳頻射頻信號。
10.如權利要求8所述的混合擴頻通信系統的工作方法，其特徵在於，所述步驟B具體包括步驟B1:接收端接收射頻處理模塊通過第二天線接收所述跳頻射頻信號，並對所述跳頻射頻信號進行接收射頻處理，得到接收端的跳頻射頻信號；步驟B2:接收端第二頻率合成器和第二混頻器對接收端的跳頻射頻信號進行下變頻得到跳頻中頻信號；步驟B3:接收端第二直接數字頻率合成器和第三混頻器對所述跳頻中頻信號進行解跳下變頻得到固定載波頻率的模擬中頻信號；步驟B4:接收端中頻處理模塊對所述模擬中頻信號進行中頻處理，並由模數轉換模塊進行模數變換得到數字中頻信號；步驟B5:接收端基帶處理模塊對所述數字中頻信號進行基帶處理後得到輸出數據。
11.如權利要求9所述的混合擴頻通信系統的工作方法，其特徵在於，所述步驟A1具體包括步驟A1-1:基帶調製器的I路直接擴頻序列發生器和Q路直接擴頻序列發生器分別產生I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列；步驟Al-2:基帶調製器的跳頻序列發生器產生跳頻偽隨機序列；步驟Al-3:基帶調製器的串並變換模塊對傳輸數據進行串並變換，得到I路數據和Q路數據；步驟Al-4:基帶調製器的直接序列擴頻解擴模塊利用所述I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列對I路數據和Q路數據分別進行I路直接擴頻和Q路直接擴頻，得到I路數字基帶直擴信號和Q路數字基帶直擴信號。
12 如權利要求ll所述的混合擴頻通信系統的工作方法，其特徵在於，所述步驟A2具體包括步驟A2-1:第一直接數字頻率合成器的QPSK調製模塊對所述I路數字基帶直擴信號和Q路數字基帶直擴信號分別進行QPSK調製；步驟A2-2:第一直接數字頻率合成器的跳頻調製模塊在跳頻控制指令的控制下，對跳頻載波進行調製得到模擬跳頻中頻信號。
13.如權利要求9所述的混合擴頻通信系統的工作方法，其特徵在於，所述步驟A4具體包括步驟A4-1:發射射頻處理模塊的第一帶通濾波器對所述跳頻射頻信號進行信道選擇濾波；步驟A4-2:發射射頻處理模塊的射頻放大器對濾波後的跳頻射頻信號進行射頻功率放大，並通過第一天線發送放大後的跳頻射頻信號。
14.如權利要求10所述的混合擴頻通信系統的工作方法，其特徵在於，步驟B1具體包括步驟B1-1:接收射頻處理模塊的第二帶通濾波器對第二天線接收的射頻處理後的跳頻射頻信號進行帶通選擇濾波；步驟Bl-2:接收射頻處理模塊的低噪聲放大器對所述第二帶通濾波器輸出的信號進行功率放大。
15.如權利要求10所述的混合擴頻通信系統的工作方法，其特徵在於，所述步驟B4具體包括步驟84-1:中頻處理模塊的低通濾波器對所述模擬中頻信號進行低通濾波；步驟B4-2:中頻處理模塊的可變增益放大器對所述低通濾波器輸出的信號進行可變增益放大得到功率恆定的模擬中頻信號；步驟B4-3:中頻處理模塊的模數轉換模塊對所述模擬中頻信號進行模數轉換得到數字中頻信號。
16.如權利要求15所述的混合擴頻通信系統的工作方法，其特徵在於，所述步驟B5具體包括步驟B5-1:基帶處理模塊的功率檢測模塊對所述模數轉換模塊輸出的數字中頻信號進行功率檢測，並控制所述可變增益放大器的放大倍數；步驟B5-2:基帶處理模塊的數控振蕩器產生本地數字載波輸出至載波剝離模塊，並對所述模數轉換模塊輸出的數字中頻信號進行載波剝離；步驟B5-3:基帶處理模塊的I路直接擴頻序列發生器和Q路直接擴頻序列發生器分別產生I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列，基帶處理模塊的直接序列擴頻解擴模塊利用I路直接擴頻序列和Q路直接擴頻序列對載波剝離模塊輸出的信號進行直接序列擴頻解擴，得到I路數據和Q路數據；步驟B5-4:基帶處理模塊的數據解調模塊對所述I路數據和Q路數據進行解調；步驟B5-5:基帶處理模塊的並串變換器對解調後的I路數據和Q路數據進行並串變換後得到輸出數據。
全文摘要
本發明涉及一種混合擴頻通信系統及其工作方法，屬於通信技術領域。該系統包括發送端和接收端，發送端包括基帶調製器、第一混頻器、第一直接數字頻率合成器、第一頻率合成器、發射射頻處理模塊及第一天線；接收端包括第二天線、接收射頻處理模塊、第二混頻器、第三混頻器、第二頻率合成器、第二直接數字頻率合成器、中頻處理模塊、模數轉換模塊及基帶處理模塊。所述方法包括發送端對傳輸數據進行直接序列擴頻及跳頻載波調製，生成跳頻射頻信號，並發送跳頻射頻信號；接收端接收跳頻射頻信號，並對跳頻射頻信號進行下變頻解調及基帶處理，得到輸出數據。本發明能夠提高移動通信系統的保密性和抗幹擾性。
文檔編號H04B1/38GK101594165SQ20091030343
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月19日 優先權日2009年6月19日
發明者勇 安, 牟榮增, 閻躍鵬 申請人:中國科學院微電子研究所