線性調頻擴頻技術的研究與分析

龐云云

摘要：線性調頻（Chirp）信號及其脈沖壓縮技術長期以來被廣泛的應用在雷達、聲吶、生物醫學、地球物理信號處理以及擴頻通信中。本文簡單介紹了線性調頻擴頻技術（CSS）的基本原理以及CSS技術的優點。重點研究CSS系統的BOK調制方式，及其調制下的誤碼率，并通過仿真對理論結果進行了驗證。

關鍵詞：線性調頻信號；線性調頻擴頻（CSS）；二進制正交鍵控（BOK）；誤碼率

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1671-864X（2016）10-0285-01

一、線性調頻擴頻技術

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

線性調頻擴頻（CSS）技術即Chirp超寬帶擴頻技術[3]，其基本原理為脈沖壓縮技術。擴頻系統是用Chirp信號來表示欲傳輸的數據，因為Chirp信號掃過一定的帶寬，所以欲傳輸的數據被擴展到很寬的一段帶寬上。線性調頻擴頻技術除具有其它擴頻技術的優點外，還具有自身的一些顯著優點，即發射功率低、抗干擾能力強、抗多徑效應能力強、抗頻偏能力強等。

二、線性調頻擴頻系統的調制方式

（一）系統的調制方式。

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

（二）BOK調制。

在BOK調制中，用SAW器件產生Chirp載波信號。在發射端分別用UP-Chirp信號表示“1”和用DOWN-Chirp信號表示二進制信息“0”。UP-Chirp信號和DOWN-Chirp信號具有相同的時間周期T和帶寬B。信號在信道中傳輸時會遇到很多的干擾，因此在接收時要用匹配濾波技術。在接收端，根據UP-Chirp信號與DOWN-Chirp信號比較好的相關性以及匹配濾波特性，用單位幅度的UP-Chirp信號作為脈沖響應[4]與DOWN-Chirp信號相結合，進行相干解調，同理用DOWN-Chirp信號作為濾波器的脈沖響應信號與UP-Chirp信號結合進行相干解調。在每個傳輸信號結束時進行抽樣判決。

（三）BOK系統的性能分析。

在接收端，不僅能產生相互匹配的信號，同時也產生相互不匹配的信號。匹配信號的能量相對集中，不匹配信號的能量分散在帶寬內，不匹配的信號即可認為時噪聲信號。

通過上述分析，可以發現在接收端產生的是匹配信號和不匹配信號之和。當信號匹配時，能量是集中在很窄的范圍內的一個脈沖。而不匹配時，能量被分散在比較寬的時間范圍內，可以看做是噪聲信號。

（四）誤碼率。

在接下來對誤碼率[5]的研究中，假設發射機與接收機同步，時間延遲τ是一個已知的量。通過匹配濾波器輸出后，信號能量是一個壓縮的脈沖，信號能量在t=τ+iT時刻集中輸出，對輸出信號進行抽樣判決，nd、nu為噪聲信號，即上面所說的非匹配信號，均值為0，方差為N0/2。

當bi=1時，，cUi=0；反之，當bi=0時，cDi=0，，為發射信號的能量。

誤碼率與信噪比的關系如下圖所示。

誤碼率與信噪比的關系

（五）小結。

CSS系統主要有兩種調制方式，BOK調制和DM調制。DM調制只使用一路Chirp信號來表達數據符號，因此，與BOK相比，將使用更少的SAW器件。本節主要就BOK調制展開討論。詳細闡述了BOK調制的過程，并對BOK系統性能加以分析，得出匹配輸出與非匹配輸出的差異。此外對BOK系統下的誤碼率進行分析，從而得出信噪比越大誤碼率越小。

參考文獻：

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

[2]李賽.基于Chirp信號的超寬帶認知無線電（CUWB）技術研究.北京：北京郵電大學，2007

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

[4]李曉彤. 基于Chirp超寬帶系統干擾抑制設計與研究.山東：山東大學，2011

[5]張文杰，王艷芬.基于Chirp脈沖壓縮技術的超寬帶通信系統設計.中國礦業大學，2007