M进制正交码扩频技术及其实现.doc

M进制正交码扩频技术及其实现摘要: 首先介绍多进制正交扩频通信的基本原理,其次讨论正交扩频码的选取、数据编码扩频及其解扩译码的方法,最后给出传输信息速率为2048Kbit/s,码片速率为14Mchip/s的64进制正交扩频编码以及采用QPSK调制的实现方案。该方案实现快速同步捕获和高速率信息传输,适合于高速分组无线网的应用环境。 关键词: 扩频通信;M进制正交码扩频;QPSK调制 0 引言 目前,信息网络技术发展迅猛,对分组无线网要求更高,不仅要求其有更高的信息传输速率,还要能支持数据、语音、图像等多种综合业务。对于高速无线分组网,其一信道环境比较恶劣,其二需具有很强的抗干扰能力,而扩谱通信因其抗干扰性强,能在强噪声环境下通信,无论在民用还是军用领域都获得了广泛的重视和应用。但扩频通信的抗干扰能力是以扩展信号带宽为代价的,在带宽受限的条件中,其应用就受到了一定限制,因此提出了多进制正交码扩频的概念。 1 多进制正交扩频调制 1.1 多进制正交扩频的原理 由于信道带宽的限制和抗干扰能力的要求,采用多进制正交扩频的方法对信息数据进行抗干扰处理。相比较传统的直接序列扩频技术,多进制正交扩频可以实现较高的扩频处理增益,而同时保持较低的信号带宽。多进制正交码扩频技术是选出一组正交扩频码,每个正交扩频码携带m个比特信息进行传输。其优点如下:其一,每个扩频码传送了m个信息比特,提高了传输效率;其二,占用频谱带宽仅为具有相同处理增益的直接扩频的1/log2M,非常适合带宽受限的环境。 本文介绍的多进制正交扩频方法是并行组合多进制扩频,其实现方法是:用7-64映射实现速率为2048Kbit/s的信息传输,其实现框图如图1所示。 图中,输入的7bit信息数据被分解为高1bit和低6bit两组。高1bit数据确定的调制符号极性,低6bit根据传输速率的要求进行扩频映射,即6-64映射,采用Walsh函数进行映射的。 由于采用QPSK调制方式,为了区分I、Q两路信息传输通道,同时也为了区分不同的网络分组,在多进制扩频的基础上又复合了一个长度为25级的长扰码序列。通过长扰码序列的不同初态设置,可以区分出I、Q两路信息传输通道和不同的网络分组。 接收处理与发送过程是相反的,即先对接收到的信号进行解扰处理,然后进行64-6的解扩映射;将得到的6bit信息与该扩频码的极性(1bit)相结合,得到输出的7bit信息数据。 1.2 正交扩频码的选取 2 多进制正交扩频技术实现 2.1 信息发送通道 信息发送分为同步序列发送和数据发送两种状态,其发送信息处理流程如图2和图3所示。 由图2和图3可以看出,当14Mchip/s(14Mcps)的伪码序列生成后,序列的输出与调制处理都是相同的,即通过数字低通滤波器、数/模转换器和模拟基带滤波器,最后通过中频调制器调制到280MHz中频后送出。其中,数字低通滤波器的输入伪码序列的速率为14Mcps,而经过内部4倍频和滤波后,以56MHz速率输出带宽为14MHz的基带信号。采用数字低通滤波器,可以较好地抑制基带信号的带外噪声,简化中频调制后的中频滤波器设计。 在数据发送过程中,信息传输速率为2048 Kbps,输入的并行7bit信息数据流需要经过编码器进行2/3速率纠错编码。编码器采用RS纠错编码算法,编码参数为(127,85),即输入85个7bit信息数据,加上由编码器产生的42个纠错数据,得到编码块大小为127个并行7bit编码的输出数据。编码后的并行7bit数据流分为I、Q两组,每一组都分别进行多进制扩频映射,然后再与I、Q两路的长扰码序列相关后,送入数字低通滤波器,进行后续的滤波与调制处理。 2.2 信息接收通道 接收通道的信息处理流程如图4所示。 输入的中频信号经过解调器,变换为基带信号;该基带信号经过模拟低通滤波器滤出带外噪声后,送入模/数转换器变为数字信号。模/数转换器的转换速率为4倍码片速率(56MHz)。转换得到的数字信号经过多进制解扩处理,得到I、Q两路解扩数据;然后经过I/Q合并处理,得到一路并行7bit数据流送给2/3速率RS译码器,译码后得到还原出信息数据。 多进制解扩处理的过程如图5所示。 在图5中,由模/数转换器得到的I、Q解调支路的数字信号,送入复数乘法器。复数乘法器、相关器与相位误差提取电路以及正弦/余弦查表电路一起,构成一个Coastas环路校正电路:通过相位误差提取电路得到的信号相位误差,相应调整本地产生的单频信号的频率与相位;该单频信号与输入的I、Q解调支路信号相乘后,将输入信号中存在的频率和相位偏差去掉。 经过相干解调后的接收信号被送入相关器进行相关运算。由于存在I、Q两个解调支路,以及I、Q两路