CN101594165A - 一种混合扩频通信系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合扩频通信系统及其工作方法，属于通信技术领域。该系统包括发送端和接收端，发送端包括基带调制器、第一混频器、第一直接数字频率合成器、第一频率合成器、发射射频处理模块及第一天线；接收端包括第二天线、接收射频处理模块、第二混频器、第三混频器、第二频率合成器、第二直接数字频率合成器、中频处理模块、模数转换模块及基带处理模块。所述方法包括：发送端对传输数据进行直接序列扩频及跳频载波调制，生成跳频射频信号，并发送跳频射频信号；接收端接收跳频射频信号，并对跳频射频信号进行下变频解调及基带处理，得到输出数据。本发明能够提高移动通信系统的保密性和抗干扰性。

Description

一种混合扩频通信系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种混合扩频通信系统及其工作方法。

背景技术

扩频通信已经成为通信发展的主流技术。主要包括以下几种方式：

1、直接序列扩频：将要发送的信息用伪随机序列扩展到一个很宽的频带上去。在接收端，用与发射端相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出原来的信息。干扰信号由于与伪随机序列不相关，在接收端被扩展，使落入信号频带内的干扰信号功率大大降低，从而提高了系统的输出信噪比，达到抗干扰目的。

2、跳频扩频：载频受伪随机码的控制，不断地、随机地跳变，可看成载频按照一定规律变化的多频频移键控。

3、跳时扩频：用伪随机码去控制信号发送时刻及发送时间的长短，在时间跳变中，将一个信号分为若干个时隙，由伪随机码控制在哪个时隙发送信码。

4、线性调频：发射脉冲信号的载频在信息脉冲持续时间T内作线性变化，其瞬时频率随时间线性变化。

其中，直接序列扩频和跳频扩频是两种比较常用的扩频方式。直接序列扩频使用伪随机序列和PSK(Phase Shift Keying，移相键控)调制技术扩展频谱，由于扩频序列的码片周期远远小于调制数据的周期，因此，经过直接序列扩频后的频谱范围得到扩展，大大降低了发射信号的功率谱密度，可以减小对其它信号的干扰，同时利于信号的隐蔽，具有抗干扰性、保密性和抗多径能力。而跳频扩频由于采用窄带调制技术，抗多径干扰的能力较弱，同时由于在每一跳之间，跳频信号本质上就是窄带调制信号具有很高的功率谱，形成对其它用户的严重干扰，也易于被检测和截获。虽然直接序列扩频技术具有上述的一些优点，但是其抗干扰能力主要取决与扩频序列的长度，而加大扩频序列的长度会降低调制数据的传输速率，这是矛盾的。

发明内容

为了解决直接序列扩频技术中由于加大扩频序列的长度，导致数据的传输率降低，以及跳频扩频技术抗干扰能力弱等问题，本发明提供了一种混合扩频通信系统及其工作方法。

本发明提供了一种混合扩频通信系统，包括发送端和接收端，所述发送端包括基带调制器、第一混频器、第一直接数字频率合成器、第一频率合成器、发射射频处理模块及第一天线；所述接收端包括第二天线、接收射频处理模块、第二混频器、第三混频器、第二频率合成器、第二直接数字频率合成器、中频处理模块、模数转换模块及基带处理模块；

所述基带调制器，用于对传输数据进行直接序列扩频后得到数字基带直扩信号；

所述第一直接数字频率合成器，用于对所述数字基带直扩信号进行跳频载波调制得到模拟跳频中频信号；

所述第一频率合成器和第一混频器，用于对所述模拟跳频中频信号进行上变频得到跳频射频信号；

所述发射射频处理模块，用于对所述跳频射频信号进行射频处理，并通过所述第一天线发送射频处理后的跳频射频信号；

所述接收射频处理模块，用于通过所述第二天线接收所述发射射频处理模块发送的跳频射频信号，并进行接收射频处理，得到接收端的跳频射频信号；

所述第二频率合成器和第二混频器，用于对接收端的跳频射频信号进行下变频得到跳频中频信号；

所述第二直接数字频率合成器和第三混频器，用于对所述跳频中频信号进行解跳下变频得到固定载波频率的模拟中频信号；

所述中频处理模块，用于对所述模拟中频信号进行中频处理；

所述模数转换模块，用于对所述模拟中频信号进行模数变换得到数字中频信号；

所述基带处理模块，用于对所述数字中频信号进行基带处理后得到输出数据。

所述基带调制器包括I路直接扩频序列发生器、Q路直接扩频序列发生器、串并变换模块、直接序列扩频模块、成形滤波器、跳频序列发生器和跳频控制指令发生器；

所述I路直接扩频序列发生器和Q路直接扩频序列发生器分别用于产生I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列；

所述跳频序列发生器，用于产生跳频伪随机序列；

所述串并变换模块，用于对数据进行串并变换以实现传输数据的I路数据和Q路数据分离；

所述直接序列扩频模块，用于利用所述I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列对I路数据和Q路数据分别进行I路直接扩频和Q路直接扩频，得到I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号；

所述成形滤波器，用于对所述I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号进行成形滤波；

所述跳频控制指令发生器，用于根据所述跳频伪随机序列产生相应的跳频控制指令。

所述第一直接数字频率合成器包括跳频调制模块和QPSK调制模块；

所述QPSK调制模块，用于对所述I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号分别进行QPSK调制；

所述跳频调制模块，用于在所述跳频控制指令的控制下实现跳频载波的调制得到模拟跳频中频信号。

所述发射射频处理模块包括第一带通滤波器和射频放大器；

所述第一带通滤波器，用于对所述跳频射频信号进行信道选择滤波；

所述射频放大器，用于对滤波后的跳频射频信号进行射频功率放大。

所述接收射频处理模块包括第二带通滤波器和低噪声放大器；

所述第二带通滤波器，用于对所述第二天线接收的射频处理后的跳频射频信号进行带通选择滤波；

所述低噪声放大器，用于对所述第二带通滤波器输出的信号进行功率放大。

所述中频处理模块包括低通滤波器和可变增益放大器；

所述低通滤波器，用于对所述模拟中频信号进行低通滤波；

所述可变增益放大器，用于对所述低通滤波器输出的信号进行可变增益放大得到功率恒定的中频信号。

所述基带处理模块包括跳频序列发生器、跳频控制指令发生器、I路直接扩频序列发生器、Q路直接扩频序列发生器、数控振荡器、并串变换器、数据解调模块、直接序列扩频解扩模块及功率检测模块；

所述功率检测模块，用于对所述模数转换模块输出的数字中频信号进行功率检测来控制中频可变增益放大器的放大倍数；

所述数控振荡器，用于产生本地数字载波输出至载波剥离模块，以对所述模数转换模块输出的数字中频信号进行载波剥离；

所述I路直接扩频序列发生器和Q路直接扩频序列发生器，分别用于产生I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列；

所述直接序列扩频解扩模块，用于利用所述I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列对载波剥离模块输出的信号进行直接序列扩频解扩，得到I路数据和Q路数据；

所述数据解调模块，用于对I路数据和Q路数据进行解调；

所述并串变换器，用于对解调后的I路数据和Q路数据进行并串变换后得到输出数据。

本发明还提供了一种混合扩频通信系统的工作方法，所述方法包括：

步骤A：发送端对传输数据进行直接序列扩频及跳频载波调制，生成跳频射频信号，并发送所述跳频射频信号；

步骤B：接收端接收所述跳频射频信号，并对所述跳频射频信号进行下变频解调及基带处理，得到输出数据。

所述步骤A具体包括：

步骤A1：发送端基带调制器对传输数据进行直接序列扩频后得到数字基带直扩信号；

步骤A2：发送端第一直接数字频率合成器对所述数字基带直扩信号进行跳频载波调制得到模拟跳频中频信号；

步骤A3：发送端第一频率合成器和第一混频器对所述模拟跳频中频信号进行上变频得到跳频射频信号；

步骤A4：发送端发射射频处理模块对所述跳频射频信号进行射频处理，并通过第一天线发送所述跳频射频信号。

所述步骤B具体包括：

步骤B1：接收端接收射频处理模块通过第二天线接收所述跳频射频信号，并对所述跳频射频信号进行接收射频处理，得到接收端的跳频射频信号；

步骤B2：接收端第二频率合成器和第二混频器对接收端的跳频射频信号进行下变频得到跳频中频信号；

步骤B3：接收端第二直接数字频率合成器和第三混频器对所述跳频中频信号进行解跳下变频得到固定载波频率的模拟中频信号；

步骤B4：接收端中频处理模块对所述模拟中频信号进行中频处理，并由模数转换模块进行模数变换得到数字中频信号；

步骤B5：接收端基带处理模块对所述数字中频信号进行基带处理后得到输出数据。

所述步骤A1具体包括：

步骤A1-1：基带调制器的I路直接扩频序列发生器和Q路直接扩频序列发生器分别产生I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列；

步骤A1-2：基带调制器的跳频序列发生器产生跳频伪随机序列；

步骤A1-3：基带调制器的串并变换模块对传输数据进行串并变换，得到I路数据和Q路数据；

步骤A1-4：基带调制器的直接序列扩频解扩模块利用所述I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列对I路数据和Q路数据分别进行I路直接扩频和Q路直接扩频，得到I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号。

所述步骤A2具体包括：

步骤A2-1：第一直接数字频率合成器的QPSK调制模块对所述I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号分别进行QPSK调制；

步骤A2-2：第一直接数字频率合成器的跳频调制模块在跳频控制指令的控制下，对跳频载波进行调制得到模拟跳频中频信号。

所述步骤A4具体包括：

步骤A4-1：发射射频处理模块的第一带通滤波器对所述跳频射频信号进行信道选择滤波；

步骤A4-2：发射射频处理模块的射频放大器对滤波后的跳频射频信号进行射频功率放大，并通过第一天线发送放大后的跳频射频信号。

步骤B1具体包括：

步骤B1-1：接收射频处理模块的第二带通滤波器对第二天线接收的射频处理后的跳频射频信号进行带通选择滤波；

步骤B1-2：接收射频处理模块的低噪声放大器对所述第二带通滤波器输出的信号进行功率放大。

所述步骤B4具体包括：

步骤B4-1：中频处理模块的低通滤波器对所述模拟中频信号进行低通滤波；

步骤B4-2：中频处理模块的可变增益放大器对所述低通滤波器输出的信号进行可变增益放大得到功率恒定的模拟中频信号；

步骤B4-3：中频处理模块的模数转换模块对所述模拟中频信号进行模数转换得到数字中频信号。

所述步骤B5具体包括：

步骤B5-1：基带处理模块的功率检测模块对所述模数转换模块输出的数字中频信号进行功率检测，并控制所述可变增益放大器的放大倍数；

步骤B5-2：基带处理模块的数控振荡器产生本地数字载波输出至载波剥离模块，并对所述模数转换模块输出的数字中频信号进行载波剥离；

步骤B5-3：基带处理模块的I路直接扩频序列发生器和Q路直接扩频序列发生器分别产生I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列，基带处理模块的直接序列扩频解扩模块利用I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列对载波剥离模块输出的信号进行直接序列扩频解扩，得到I路数据和Q路数据；

步骤B5-4：基带处理模块的数据解调模块对所述I路数据和Q路数据进行解调；

步骤B5-5：基带处理模块的并串变换器对解调后的I路数据和Q路数据进行并串变换后得到输出数据。

有益效果：本发明提供的通信系统在直接序列扩频的基础上进一步增加了载波在伪随机跳频序列的控制下进行随机跳变的功能，极大地扩展了整个通信系统的频谱，提高了系统的保密性和抗干扰能力；本发明混合扩频系统的信号频谱可以在直接序列扩频频谱扩展的基础上，通过跳频扩频进一步大大的扩展，提高了系统的抗干扰能力；同时由于本发明的混合扩频系统综合了直接序列扩频和跳频扩频两种扩频方式，采用了两级扩频机制，而每一级扩频可以采用不同的扩频序列，这样提高了系统保密性。

附图说明

图1是本发明实施例1混合扩频通信系统结构示意图；

图2是本发明实施例1发送端射频处理框图；

图3是本发明实施例1发射端DDS框图；

图4是本发明实施例1发射端基带调制器结构示意图；

图5是本发明实施例1接收端射频处理框图；

图6是本发明实施例1接收端中频处理框图；

图7是本发明实施例1接收端基带处理模块结构示意图；

图8是本发明实施例1信号发射流程示意图；

图9是本发明实施例1信号接收流程示意图；

图10是本发明实施例1混合扩频通信系统的跳频频点分布图；

图11是本发明实施例1直解序列扩频带宽等于相邻跳频间隔的系统频谱分布图；

图12是本发明实施例1直解序列扩频带宽等于两倍相邻跳频间隔的系统频谱分布图；

图13是本发明实施例2提供的混合扩频通信系统的工作方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

参见图1，本发明实施例提供了一种跳频和直接序列扩频相结合的混合扩频通信系统，该系统包括发送端和接收端。发送端包括基带调制器105、混频器103、直接数字频率合成器104、频率合成器102、发射射频处理模块101及天线100；接收端包括天线100、接收射频处理模块110、混频器111、混频器119、频率合成器112、直接数字频率合成器114、中频处理模块115、模数转换模块116及基带处理模块117；

基带调制器105，用于对传输数据进行直接序列扩频后得到数字基带直扩信号；

直接数字频率合成器104，用于对数字基带直扩信号进行跳频载波调制得到模拟跳频中频信号；

频率合成器102和混频器103，用于对模拟跳频中频信号进行上变频得到跳频射频信号；

发射射频处理模块101，用于对跳频射频信号进行射频处理，并通过天线100发送射频处理后的跳频射频信号；

发送端的天线100，用于发送跳频射频信号；

接收端的天线100，用于接收跳频射频信号；

接收射频处理模块110，用于对接收端的天线100接收的跳频射频信号进行接收射频处理，得到接收端的跳频射频信号；

频率合成器112和混频器111，用于对接收端的跳频射频信号进行下变频得到跳频中频信号；

直接数字频率合成器114和混频器113，用于对跳频中频信号进行解跳下变频得到固定载波频率的模拟中频信号；

中频处理模块115，用于对模拟中频信号进行中频处理；

模数转换模块116，用于对模拟中频信号进行模数变换得到数字中频信号；

基带处理模块117，用于对数字中频信号进行基带处理后得到输出数据。

其中，基带调制器105包括I路直接扩频序列发生器402、Q路直接扩频序列发生器404、串并变换模块401、直接序列扩频模块403、成形滤波器405、跳频序列发生器406和跳频控制指令发生器407，如图4所示；

I路直接扩频序列发生器402和Q路直接扩频序列发生器404分别用于产生I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列；

跳频序列发生器406，用于产生跳频伪随机序列；

串并变换模块401，用于对数据进行串并变换以实现传输数据的I路数据和Q路数据分离；

直接序列扩频模块403，用于利用I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列对I路数据和Q路数据分别进行I路直接扩频和Q路直接扩频，得到I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号；

成形滤波器405，用于对I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号进行成形滤波；

跳频控制指令发生器407，用于根据跳频伪随机序列产生相应的跳频控制指令。

其中，直接数字频率合成器104包括跳频调制模块301和QPSK调制模块302，如图3所示；

QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，四相移相键控)调制模块302，用于对I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号分别进行QPSK调制；

跳频调制模块301，用于在跳频控制指令的控制下实现跳频载波的调制得到模拟跳频中频信号。

其中，发射射频处理模块101包括第一带通滤波器201和射频放大器202，如图2所示；第一带通滤波器201，用于对跳频射频信号进行信道选择滤波；射频放大器202，用于对滤波后的跳频射频信号进行射频功率放大。

其中，接收射频处理模块110包括第二带通滤波器501和低噪声放大器502，如图5所示；第二带通滤波器501，用于对接收端天线100接收的射频处理后的跳频射频信号进行带通选择滤波；低噪声放大器502，用于对所述第二带通滤波器输出的信号进行功率放大。

其中，中频处理模块115包括低通滤波器601和可变增益放大器602，如图6所示；低通滤波器601，用于对模拟中频信号进行低通滤波；可变增益放大器602，用于对低通滤波器输出的信号进行可变增益放大得到功率恒定的中频信号。

其中，基带处理模块117包括跳频序列发生器701、跳频控制指令发生器702、I路直接扩频序列发生器707、Q路直接扩频序列发生器708、数控振荡器705、并串变换器710、数据解调模块709、直接序列扩频解扩模块706及功率检测模块703，如图7所示；

功率检测模块703，用于对模数转换模块116输出的数字中频信号进行功率检测来控制中频可变增益放大器602的放大倍数；

数控振荡器705，用于产生本地数字载波输出至载波剥离模块704，以对模数转换模块116输出的数字中频信号进行载波剥离；

I路直接扩频序列发生器707和Q路直接扩频序列发生器708，分别用于产生I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列；

直接序列扩频解扩模块706，用于利用I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列对载波剥离模块704输出的信号进行直接序列扩频解扩，得到I路数据和Q路数据；

数据解调模块709，用于对I路数据和Q路数据进行解调；

并串变换器710，用于对解调后的I路数据和Q路数据进行并串变换后得到输出数据。

参见图8和图9，本实施例提供的混合扩频通信系统的工作原理是：

1)信号发送：发送端将传输数据经过基带调制器105进行数据的直接序列扩频调制，需要I、Q两路直接扩频序列发生器402、404分别产生两路不同的扩频码；将需要传输的数据经过串/并变换模块401后被分离为I、Q两路，利用直接序列扩频模块403对I、Q两路数据进行直接序列扩频；经过直接序列扩频后的两路信号经过成形滤波器405成形后通过直接数字频率合成器(DDS)结构中的QPSK调制模块302进行QPSK调制；跳频序列发生器406产生与直接扩频序列完全不相关的一组伪随机跳频序列，并通过跳频控制指令发生器407按此序列产生相应的针对直接数字频率合成器(DDS)104的跳频控制指令；跳频控制指令发生器407产生的控制指令通过跳频调制模块301来控制DDS 104的载波按照伪随机的方式在特定的频点上变换，这样的载波频点总共N个，分别为f₀、f₁_f_N-1，如图10所示；这样，由DDS 104输出的信号就是载波频率按伪随机跳频序列变换的一种跳频和直接序列扩频相结合的模拟中频信号，该模拟中频信号已经具备了混合扩频通信系统的特性；为了便于有效的无线传输，利用混频器103和频率合成器102将此模拟中频信号再经过一次模拟上变频，并经过发射射频处理模块101中的第一带通滤波器201进行发送前的限带处理；将限带后的发射信号经过射频放大器202放大到合适的功率，通过天线100发射出去，这样就完成了整个跳频和直接序列扩频通信系统的信号发射过程。

2)信号接收：接收端经由天线100接收信号，首先经过接收射频处理模块110的处理，通过第二带通滤波器501来限制带外噪声对接收机的影响，接下来经过低噪声放大器502进行一定的功率放大；经过模拟前端处理后的信号需要利用本地频率合成器112和第一级混频器111进行接收端的第一次模拟下变频，将信号变换到相对低的频率；经过第一次下变频后的信号再和本地DDS 114产生的跳频信号进行第二次混频器113来实现解跳处理，这里DDS产生的跳变载波频率由跳频序列发生器701通过调频控制指令发生器702产生对应的控制指令来控制，而接收端的跳频序列发生器和发送端的跳频序列发生器相同，由它控制DDS产生的载波同样在f₀、f₁_f_N-1之内跳变，这样可以保证收发的跳频载波按照同样的规律跳变；解跳处理后的模拟低中频信号经过中频处理模块115后送入ADC进行采样；基带处理模块117将输入的数字信号经过功率检测模块703，并根据检测结果调整相应的中频可变增益放大器602的放大倍数，实现整个通信链路的自动增益控制；在本地数控振荡器705的帮助下，载波剥离模块704对数字中频信号进行载波剥离形成零中频基带信号，然后利用和发送端相同的I、Q两路直接扩频序列发生器707、708对零中频基带信号经过直接序列扩频解扩(简称直扩解扩)模块706进行直接序列解扩；直扩解扩后的两路信号经过数据解调模块709，再经过并串变换器710就可以得到发送端发送的数据，这样就完成了整个跳频和直接序列扩频通信系统的信号接收过程。

图8示出了本实施例信号发射流程示意图，用户需要发送的数据经过串并变换后分离成I、Q两路并行的数据；I、Q两路用户数据被两路不相关的直接扩频序列进行了直接序列扩频，变成了直扩信号；两路直扩信号在DDS内部进行QPSK调制后合并为一路信号；在DDS内部同时进行的还包括将这一路信号调制到频率跳变的载波上的跳频调制操作；跳频调制之后的信号已经具有了跳频和直接序列扩频通信系统的信号特征，将其再进行一次模拟上变频后通过天线发射出去。

图9示出了本实施例信号接收流程示意图，接收端通过天线接收信号后首先需要经过一次模拟下变频将射频信号变换到频率相对比较低中频信号IF1，这里的中频信号IF1仍然具有跳频和直接序列扩频的特性；接下来利用DDS产生跳变载波和IF1进行第二次模拟混频后得到频率更低的中频信号IF2，这里的中频信号IF2已经去掉了跳频的特性，只保留直接序列扩频的信号特性了；利用ADC对只包含直接序列扩频信号特性的模拟中频信号IF2进行采样后变成数字中频信号；在数字域对数字中频信号进行载波剥离后得到了零中频的数字基带信号；采用和发射端相同的I、Q两路直接扩频序列发生器对数字基带信号进行直扩解扩处理，及通常所说的码剥离；对经过码剥离后的信号进行数据解调就可以得到并行的I、Q两路用户数据；最后对并行的I、Q两路数据进行并串变换后就得到了发送端发射的用户数据。

本实施例跳频和直接序列扩频相结合的混合扩频通信系统的最大的特点体现在它的信号频谱特性上，相对与单纯的跳频系统和直接序列扩频系统来说，其具有的更好的保密性和更强的抗干扰性也都可以在其信号的频谱特性上面体现出来，下面详细介绍一下本实施例的混合扩频通信系统的信号频谱特性。

图10示出了本实施例混合扩频通信系统的跳频频点分布图。整个混合扩频通信系统可以跳变的载波总共有N个，分别为f₀、f₁_f_N-1，这些频点等间隔的分布在频率轴上，相邻频点的间隔为Δf。频率间隔Δf取决于直接扩频序列的码片周期Tc，最保守的设置为 $\mathrm{\Δf}=\frac{1}{\mathrm{Tc}},$ 这样可以保证相邻载波频率之间的信号不会发生干扰。但是在实际的系统中，为了更好的利用频谱资源通常将其设置为 $\mathrm{\Δf}=\frac{1}{2\mathrm{Tc}},$ 而且由于在产生跳频序列控制频点的跳变时有一个最基本的原则是避免相邻时刻的跳变频点为频域上的相邻频点，所以这样对Δf进行设置是可以保证相邻载波频率之间的信号不会相互干扰的。整个混合扩频通信的系统抗干扰能力的提高与总的频率跳变频点数N密切相关，N越大，系统占用的整体频谱就越宽，相应的等效跳频扩频增益越高，对应的抗干扰能力越强。另外，系统的保密性与跳频序列的特性息息相关，跳频序列的周期越长，跳频序列的复杂度越高，则其跳频规律越不容易破解，整个系统的保密性就越强。

图11示出了一种特定设置条件下本实施例混合扩频通信系统的整体频谱分布图。图11中W表示直接序列扩频的带宽，它和直接扩频序列的码片周期Tc相关 $W=\frac{1}{\mathrm{Tc}}.$ 码片周期越短，对应的码速率越高，扩频后的频谱宽度就越大，系统的抗干扰性能也就越好。但要注意的是，码片周期越短，对系统的同步精度要求也越高，这是设计系统时需要综合考虑的一个指标。和跳频伪随机序列的要求一样，对于直接扩频序列来说，其周期越长、复杂度越高，则其越不容易破解，整个系统的保密性就越强。在图11中，采用的就是上面提到的最保守的设置，即Δf＝W相邻跳频频点之间的间隔等于直接序列扩频带宽。而整个系统的频谱宽度U和跳频频点的总数N以及相邻频点的间隔Δf有关，对于图11的情况来说，系统的总频谱带宽U＝Δf×N＝W×N。图12和图11的差别在于，图12中相领跳频频点之间的间隔等于直接序列扩频带宽的一半，即 $\mathrm{\Δf}=\frac{W}{2}.$ 这样，从图12中可以看出系统总的扩频带宽 $U=\frac{W\×(N+1)}{2}.$

实施例2

参见图13，本发明实施例还提出了跳频和直接序列扩频相结合的混合扩频通信系统的工作方法，具体包括以下步骤：

步骤1：发送端基带调制器对传输数据进行直接序列扩频后得到数字基带直扩信号；

基带调制器的I路直接扩频序列发生器和Q路直接扩频序列发生器分别产生I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列；基带调制器的跳频序列发生器产生跳频伪随机序列；基带调制器的串并变换模块对传输数据进行串并变换，得到I路数据和Q路数据；基带调制器的直接序列扩频解扩模块利用所述I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列对I路数据和Q路数据分别进行I路直接扩频和Q路直接扩频，得到I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号；进一步地，还可以利用成形滤波器对I、Q两路输出分别进行成形滤波，并利用跳频伪随机序列产生相应的跳频控制指令；

步骤2：发送端利用第一直接数字频率合成器对数字直扩信号进行跳频载波调制，得到模拟跳频中频信号；

第一直接数字频率合成器的QPSK调制模块对I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号分别进行QPSK调制；第一直接数字频率合成器的跳频调制模块在跳频控制指令的控制下，对跳频载波进行调制得到模拟跳频中频信号；

步骤3：发送端利用第一频率合成器和第一混频器对模拟跳频中频信号进行上变频，得到跳频射频信号；

步骤4：发送端发射射频处理模块对跳频射频信号进行射频处理后，通过第一天线发送出去；

发射射频处理模块的第一带通滤波器对跳频射频信号进行信道选择滤波；发射射频处理模块的射频放大器对滤波后的跳频射频信号进行射频功率放大，并通过第一天线发送放大后的跳频射频信号；

步骤5：接收端接收射频处理模块对第二天线接收的跳频射频信号进行接收射频处理，得到接收端的跳频射频信号；

接收射频处理模块的第二带通滤波器对第二天线接收的射频处理后的跳频射频信号进行带通选择滤波；接收射频处理模块的低噪声放大器对第二带通滤波器输出的信号进行功率放大；

步骤6：接收端利用本地第二频率合成器和第二混频器对接收端的跳频射频信号进行下变频，得到跳频中频信号；

步骤7：接收端利用本地第二直接数字频率合成器和第三混频器对跳频中频信号进行解跳下变频，得到固定载波频率的模拟中频信号；

步骤8：接收端中频处理模块对固定载波频率的模拟中频信号进行中频处理，并利用ADC采样得到数字中频信号；

中频处理模块的低通滤波器对模拟中频信号进行低通滤波；中频处理模块的可变增益放大器对低通滤波器输出的信号进行可变增益放大得到功率恒定的模拟中频信号；中频处理模块的模数转换模块对模拟中频信号进行ADC采样得到数字中频信号。

步骤9：接收端基带处理模块对数字中频信号进行基带处理后，得到最终的输出数据。

基带处理模块的功率检测模块对数字中频信号进行功率检测，并控制可变增益放大器的放大倍数；基带处理模块的数控振荡器产生本地数字载波输出至载波剥离模块，并对数字中频信号进行载波剥离；基带处理模块的I路直接扩频序列发生器和Q路直接扩频序列发生器分别产生I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列，基带处理模块的直接序列扩频解扩模块利用I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列对载波剥离模块输出的信号进行直接序列扩频解扩，得到I路数据和Q路数据；基带处理模块的数据解调模块对I路数据和Q路数据进行解调；基带处理模块的并串变换器对解调后的I路数据和Q路数据进行并串变换后得到输出数据。

在实际应用中，发送数据首先经过串并变换后分离成I、Q两路数据，接着进行直接序列扩频，对直扩后的数据进行QPSK调制和跳频调制，最后经过信道选择带通滤波后通过天线发射出去；接收端对信号接收后首先进行模拟下变频，接下来在模拟域进行解跳处理，对解跳后的信号进行模数变换后在数字域进行解扩操作，将解扩后的信号进行数据解调和并串变换后得到最终的发送数据。

针对本发明实施例提出的跳频和直接序列扩频相结合的混合扩频通信系统。下面给出一个具体系统的参数，系统采用的I、Q两路直接序列扩频码长度为256、码片速率为1.024MHz、调制方式QPSK、相邻跳频频点间隔1.024MHz、跳频频点数50、总的系统带宽51.2MHz、跳频速率1000hop/s、直接序列扩频增益为24dB、等效跳频扩频增益为17dB、总的扩频增益41dB、信道速率为8Kbps。

本发明实施例将直接序列扩频技术和跳频扩频技术结合起来，实现了一种混合扩频通信系统，该通信系统在直接序列扩频的基础上进一步增加了载波在伪随机跳频序列的控制下进行随机跳变的功能，极大地扩展了整个通信系统的频谱，由于其包含直接序列扩频技术，所以其发射频谱具有很低的功率谱密度，不会对其它信号产生干扰，同时还可以隐蔽自己，具有极高的保密性和抗干扰性；另外，由于该混合扩频系统还增加了载波随伪随机序列跳变的功能，这大大地扩展了信号的频谱，增加了干扰的难度，进一步提高了系统的抗干扰能力；本发明实施例混合扩频系统的信号频谱可以在直接序列扩频频谱扩展的基础上，通过跳频扩频进一步大大的扩展，提高了系统的抗干扰能力；同时由于本发明实施例混合扩频系统综合了直接序列扩频和跳频扩频两种扩频方式，采用了两级扩频机制，而每一级扩频可以采用不同的扩频序列，这样提高了系统保密性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种混合扩频通信系统，包括发送端和接收端，其特征在于，所述发送端包括基带调制器、第一混频器、第一直接数字频率合成器、第一频率合成器、发射射频处理模块及第一天线；所述接收端包括第二天线、接收射频处理模块、第二混频器、第三混频器、第二频率合成器、第二直接数字频率合成器、中频处理模块、模数转换模块及基带处理模块；

所述基带调制器，用于对传输数据进行直接序列扩频后得到数字基带直扩信号；

所述第一直接数字频率合成器，用于对所述数字基带直扩信号进行跳频载波调制得到模拟跳频中频信号；

所述第一频率合成器和第一混频器，用于对所述模拟跳频中频信号进行上变频得到跳频射频信号；

所述发射射频处理模块，用于对所述跳频射频信号进行射频处理，并通过所述第一天线发送射频处理后的跳频射频信号；

所述接收射频处理模块，用于通过所述第二天线接收所述发射射频处理模块发送的跳频射频信号，并进行接收射频处理，得到接收端的跳频射频信号；

所述第二频率合成器和第二混频器，用于对接收端的跳频射频信号进行下变频得到跳频中频信号；

所述第二直接数字频率合成器和第三混频器，用于对所述跳频中频信号进行解跳下变频得到固定载波频率的模拟中频信号；

所述中频处理模块，用于对所述模拟中频信号进行中频处理；

所述模数转换模块，用于对所述模拟中频信号进行模数变换得到数字中频信号；

所述基带处理模块，用于对所述数字中频信号进行基带处理后得到输出数据。

2.如权利要求1所述的混合扩频通信系统，其特征在于，所述基带调制器包括I路直接扩频序列发生器、Q路直接扩频序列发生器、串并变换模块、直接序列扩频模块、成形滤波器、跳频序列发生器和跳频控制指令发生器；

所述I路直接扩频序列发生器和Q路直接扩频序列发生器分别用于产生I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列；

所述跳频序列发生器，用于产生跳频伪随机序列；

所述串并变换模块，用于对数据进行串并变换以实现传输数据的I路数据和Q路数据分离；

所述直接序列扩频模块，用于利用所述I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列对I路数据和Q路数据分别进行I路直接扩频和Q路直接扩频，得到I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号；

所述成形滤波器，用于对所述I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号进行成形滤波；

所述跳频控制指令发生器，用于根据所述跳频伪随机序列产生相应的跳频控制指令。

3.如权利要求2所述的混合扩频通信系统，其特征在于，所述第一直接数字频率合成器包括跳频调制模块和QPSK调制模块；

所述QPSK调制模块，用于对所述I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号分别进行QPSK调制；

所述跳频调制模块，用于在所述跳频控制指令的控制下实现跳频载波的调制得到模拟跳频中频信号。

4.如权利要求3所述的混合扩频通信系统，其特征在于，所述发射射频处理模块包括第一带通滤波器和射频放大器；

所述第一带通滤波器，用于对所述跳频射频信号进行信道选择滤波；

所述射频放大器，用于对滤波后的跳频射频信号进行射频功率放大。

5.如权利要求4所述的混合扩频通信系统，其特征在于，所述接收射频处理模块包括第二带通滤波器和低噪声放大器；

所述第二带通滤波器，用于对所述第二天线接收的射频处理后的跳频射频信号进行带通选择滤波；

所述低噪声放大器，用于对所述第二带通滤波器输出的信号进行功率放大。

6.如权利要求5所述的混合扩频通信系统，其特征在于，所述中频处理模块包括低通滤波器和可变增益放大器；

所述低通滤波器，用于对所述模拟中频信号进行低通滤波；

所述可变增益放大器，用于对所述低通滤波器输出的信号进行可变增益放大得到功率恒定的中频信号。

7.如权利要求6所述的混合扩频通信系统，其特征在于，所述基带处理模块包括跳频序列发生器、跳频控制指令发生器、I路直接扩频序列发生器、Q路直接扩频序列发生器、数控振荡器、并串变换器、数据解调模块、直接序列扩频解扩模块及功率检测模块；

所述功率检测模块，用于对所述模数转换模块输出的数字中频信号进行功率检测来控制中频可变增益放大器的放大倍数；

所述数控振荡器，用于产生本地数字载波输出至载波剥离模块，以对所述模数转换模块输出的数字中频信号进行载波剥离；

所述I路直接扩频序列发生器和Q路直接扩频序列发生器，分别用于产生I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列；

所述直接序列扩频解扩模块，用于利用所述I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列对载波剥离模块输出的信号进行直接序列扩频解扩，得到I路数据和Q路数据；

所述数据解调模块，用于对I路数据和Q路数据进行解调；

所述并串变换器，用于对解调后的I路数据和Q路数据进行并串变换后得到输出数据。

8.一种混合扩频通信系统的工作方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤A：发送端对传输数据进行直接序列扩频及跳频载波调制，生成跳频射频信号，并发送所述跳频射频信号；

步骤B：接收端接收所述跳频射频信号，并对所述跳频射频信号进行下变频解调及基带处理，得到输出数据。

9.如权利要求8所述的混合扩频通信系统的工作方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：

步骤A1：发送端基带调制器对传输数据进行直接序列扩频后得到数字基带直扩信号；

步骤A2：发送端第一直接数字频率合成器对所述数字基带直扩信号进行跳频载波调制得到模拟跳频中频信号；

步骤A3：发送端第一频率合成器和第一混频器对所述模拟跳频中频信号进行上变频得到跳频射频信号；

步骤A4：发送端发射射频处理模块对所述跳频射频信号进行射频处理，并通过第一天线发送所述跳频射频信号。

10.如权利要求8所述的混合扩频通信系统的工作方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：

步骤B1：接收端接收射频处理模块通过第二天线接收所述跳频射频信号，并对所述跳频射频信号进行接收射频处理，得到接收端的跳频射频信号；

步骤B2：接收端第二频率合成器和第二混频器对接收端的跳频射频信号进行下变频得到跳频中频信号；

步骤B3：接收端第二直接数字频率合成器和第三混频器对所述跳频中频信号进行解跳下变频得到固定载波频率的模拟中频信号；

步骤B4：接收端中频处理模块对所述模拟中频信号进行中频处理，并由模数转换模块进行模数变换得到数字中频信号；

步骤B5：接收端基带处理模块对所述数字中频信号进行基带处理后得到输出数据。

11.如权利要求9所述的混合扩频通信系统的工作方法，其特征在于，所述步骤A1具体包括：

步骤A1-1：基带调制器的I路直接扩频序列发生器和Q路直接扩频序列发生器分别产生I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列；

步骤A1-2：基带调制器的跳频序列发生器产生跳频伪随机序列；

步骤A1-3：基带调制器的串并变换模块对传输数据进行串并变换，得到I路数据和Q路数据；

步骤A1-4：基带调制器的直接序列扩频解扩模块利用所述I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列对I路数据和Q路数据分别进行I路直接扩频和Q路直接扩频，得到I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号。

12.

如权利要求11所述的混合扩频通信系统的工作方法，其特征在于，所述步骤A2具体包括：

步骤A2-1：第一直接数字频率合成器的QPSK调制模块对所述I路数字基带直扩信号和Q路数字基带直扩信号分别进行QPSK调制；

步骤A2-2：第一直接数字频率合成器的跳频调制模块在跳频控制指令的控制下，对跳频载波进行调制得到模拟跳频中频信号。

13.如权利要求9所述的混合扩频通信系统的工作方法，其特征在于，所述步骤A4具体包括：

步骤A4-1：发射射频处理模块的第一带通滤波器对所述跳频射频信号进行信道选择滤波；

步骤A4-2：发射射频处理模块的射频放大器对滤波后的跳频射频信号进行射频功率放大，并通过第一天线发送放大后的跳频射频信号。

14.如权利要求10所述的混合扩频通信系统的工作方法，其特征在于，步骤B1具体包括：

步骤B1-1：接收射频处理模块的第二带通滤波器对第二天线接收的射频处理后的跳频射频信号进行带通选择滤波；

步骤B1-2：接收射频处理模块的低噪声放大器对所述第二带通滤波器输出的信号进行功率放大。

15.如权利要求10所述的混合扩频通信系统的工作方法，其特征在于，所述步骤B4具体包括：

步骤B4-1：中频处理模块的低通滤波器对所述模拟中频信号进行低通滤波；

步骤B4-2：中频处理模块的可变增益放大器对所述低通滤波器输出的信号进行可变增益放大得到功率恒定的模拟中频信号；

步骤B4-3：中频处理模块的模数转换模块对所述模拟中频信号进行模数转换得到数字中频信号。

16.如权利要求15所述的混合扩频通信系统的工作方法，其特征在于，所述步骤B5具体包括：

步骤B5-1：基带处理模块的功率检测模块对所述模数转换模块输出的数字中频信号进行功率检测，并控制所述可变增益放大器的放大倍数；

步骤B5-2：基带处理模块的数控振荡器产生本地数字载波输出至载波剥离模块，并对所述模数转换模块输出的数字中频信号进行载波剥离；

步骤B5-3：基带处理模块的I路直接扩频序列发生器和Q路直接扩频序列发生器分别产生I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列，基带处理模块的直接序列扩频解扩模块利用I路直接扩频序列和Q路直接扩频序列对载波剥离模块输出的信号进行直接序列扩频解扩，得到I路数据和Q路数据；

步骤B5-4：基带处理模块的数据解调模块对所述I路数据和Q路数据进行解调；

步骤B5-5：基带处理模块的并串变换器对解调后的I路数据和Q路数据进行并串变换后得到输出数据。

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