电子科技２００６年第３期（总第１９８期）
直接序列扩频通信中ｍ序列的同步方案及其ＦＰＧＡ实现
王 光 ，田 斌 ，吴 勉 ，易克初 ，田红心
（１．西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室，陕西西安７１００７１；
２．深圳通创通信有限公司公司，深圳５１８００１）
摘要文中介绍了直接序列扩频通信中ｍ序列的两种主要同步捕获方法：滑动相关法和数字匹配滤波器法，
并对其同步时间和抗噪声性能进行了理论分析和实验比较。结果表明，数字匹配滤波技术在直接序列扩频伪码同
步捕获时，有其突出的特点，尤其在突发通信时，可以大大减少同步捕获时间。论文同时给出了其ＦＰＧＡ实现。
关键词直接序列扩频；ＰＮ码；滑动相关法；数字匹配滤波
中图分类号ＴＮ９１４．４２
Ｍ—ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ
Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ＦＰＧＡ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ
Ｗａｎｇ Ｇｕａｎｇ ，Ｔｉａｎ Ｂｉｎ ，Ｗｕ Ｍｉａｎ ，Ｙｉ Ｋｅｃｈｕ ，Ｔｉａｎ Ｈｏｎｇｘｉｎ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ｄｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００７１，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ＮｅｗＣｏｍ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５１８００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｗｏ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｓｌｉｄｉｎｇ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｎｇ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｍａｔｃｈｉｎｇ
ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｍｏｄｅ，ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅｉｒ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｉｍｅｓ ａｎｄ ａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ａｎｄ ｍａｋｅｓ ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ’Ｓ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｏｆ
科技信息 。科教前沿０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１１年第２９期
基于ＦＰＧＡ的扩频通信中伪随机序列
跳码技术的实现
孙程，王言鑫，刘洪朋２华宏旭３
（１．内蒙古大学电子信息工程学院 内蒙古呼和浩特０１００２１；２．聊城大学物理科学与信息工程学院
山东聊城２５２００４；３．内蒙古大学物理科学与技术学院内蒙古呼和浩特０１００２１１
【摘要】本文实现用跳码序列来代替传统的单一静态伪码序列来进行扩频通信。通过改变序列发生器的初始化状态，以及在传输过程中
时刻改变序列发生器的反馈方式来产生抗干扰性强、具有高速的跳码伪随机序列。本方法基于ＦＰＧＡ来实现产生以Ｇｏｌｄ序列为基础的跳码序
列，产生的跳码序列可以应用在Ｓ－ＣＤＭＡ、ＯＣＨＭ以及跳码／跳频通信系统中，实验结果表明应用此方法产生的跳码序列具有更好的通信性
能。
【关键词】ＦＰＧＡ；Ｇｏｌｄ；跳码；扩频 ．
【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａ ｍｅｔｈｏｄ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｈｉｐｐｉｎｇ ｃｏｄｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｔｏ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｓｅｕｄｏｒａｎｄｏｍ ｂｉｎａｒｙ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｔｏ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｂｙ Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｐｓｅｕｄｏ—ｒａｎｄｏｍ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ａｎｄ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｈｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｔ
ｒｅｇｕｌａｒｌｌｙ，ｔｈｅ ｗａｙ ｃａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｈｉｐｐｉｎｇ－ｃｏｄｅ ｔｏ ｂｅ ａ ａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｌｅｖｅｌｓ ａｎｄ ｔｏ ｂｅ ｍｏｒｅ ｈｉ曲－ｓｐｅｅｄ．Ｔｈｉｓ ｗａｙ ｃａｎ ｇｅｎｅｒａｔｅｓ ｈｏｐｐｉｎｇ－ｃｅｄｅ
直接序列扩频通信系统抗干扰技术研究 张凤晓张子刚王文峰 （长春工程技术学院吉林・长春１３００２１） 摘要 ＇－３前，随着计算机技术、信息技术等大量高新技术的应用，军事通信获得了长足的发展，尤其是跳频、扩频等 一些新的通信手段应用之后，使得通信频谱越来越宽，通信系统的反侦察、抗干扰能力越来越强，迫使各国加紧对通信 对抗技术以及装备的研制。直接序列扩频通信由于其优良的多址接入、低截获概率、抗干扰和强保密等特性，使得它 在军事通信、卫星通信和民用领域得到了广泛应用。 关键词直扩通信 抗干扰 伪随机码序列 中图分类号：ＴＮ９１４．４２ 文献标识码：Ａ １直扩通信研究背景 现代战争首先是电子战，在电子战中失去优势的一方，将 导致通信中断，指挥失灵等，从而丧失战争主导权。两次海湾 战争、伊拉克战争都是很好的佐证。因此，通信对抗作为Ｃ４ＩＳＲ 系统的核心，越来越受到各国的重视。 扩频通信作为新型的通信方式，具有优良的抗干扰、抗衰 落和抗多径性能及频谱利用率高、多址通信等诸多优点，并被 广泛地应用于军事通信领域，极大地提高了通信系统的抗截 获和抗干扰能力。因此，扩频通信系统成为干扰方的首要作 战目标，同时，扩频通信的抗干扰、抗截获、抗侦破特性给干扰 方带来了巨大的困难。为取得现代电子战的胜利，针对扩频 通信系统研究高效的干扰方式，如何有效的干扰成为取得现 代电子战胜利的重要一环，对战时通信对抗具有重要意义。 ２直扩系统干扰技术研究现状 对于直扩信号的干扰大体可以分为两类，一种是压制式 干扰，包括窄带噪声干扰、单音和多音干扰、脉冲干扰、梳状谱 干扰等；二是欺骗式干扰，指发射或者转发在幅度、频率或者 相位上做了调制的脉冲波或连续波信号，以扰乱或欺骗敌方 的接收机，使其得到虚假信息，做出错误的判断。其特点是干 扰信号和目标信号具有某些相似的特性。欺骗型干扰可以分 为仿真欺骗和模拟欺骗。模拟欺骗包括，各种语音调制（ＡＭ， ＦＭ，ＳＳＢ），数字调制（２ＡＳＫ，２ＰＳＫ，ＱＰＳＫ等）及扩频的调制 （ＢＰＳＫ．ＤＳ）。 ３直接序列扩频通信原理与抗干扰方法 ３．１直接序列扩频通信基本原理 直接序列扩频通信系统（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｙｓｔｅｒｍ）， ＤＳＳＳ简称直扩系统，是目前应用较为广泛的扩频通信系统。 直接序列扩频通信系统是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。而在接收端，用与发射端扩展使用 的一样的伪随机序列来解扩接收到的扩频信号，恢复出原始 的信息。在收到发射信号后，接收机要用一个和发射机中的 伪随机码同步的本地码，对接收信号进行相关处理，这一处理 过程常常称为解扩，解扩后的信号送到解调器，解调后就可以 恢复出原始发射信息。 ３．２直接序列扩频通信系统的基本调制方式 由直扩通信系统的基本原理可知，在扩频系统中，扩频信 号是通过载波调制后发送到信道中去的。在直接序列扩频通 信系统中，通常采用的调制方式，有如下几种： （１）二相相移键控（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ，ＢＰＳＫ）：它 是扩频系统中最常用的一种调制方式。 １３４ （２）四相相移键控（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ，ＱＰＳＫ）： 它是目前最常用的一种卫星数字信号调制方式。 （３）偏移四相相移键控（Ｏｆｆｓｅｔ．ＱＰＳＫ），是ＱＰＳＫ的改进 型。 ３．３直扩通信系统中的扩频码类型 在直扩通信系统中，扩频码的选择至关重要。它关系到系 统的抗多径干扰、抗干扰的能力，关系到信息数据的保密和隐 蔽，关系到捕获和同步系统的实现。伪随机（或伪噪声，Ｐｓｅｕ． ｄｏｒａｎｄｏｍＮｏｉｓｅ，ＰＮ）码序列是一种常见的扩频码。伪随机序 列具有类似于随机序列的基本特征，是一种貌似随机但实际 上是有规律的周期性二进制序列。如果发送序列经过完全随 机性的加扰，接收机就无法恢复出原始序列。 ３．４直扩系统的抗干扰方法 ３．４．１采用长伪码序列 由于长伪码序列比短伪码序列具有更强的抗干扰能力， 更难从侦收中破解，对长伪码序列实施波形重合干扰也几乎 不可能。所以，采用长的伪码序列可以提高直扩系统的抗干 扰能强。 ３．４．２采用自适应滤波器 自适应滤波器是一个空间域的数字滤波器，可以根据干 扰的来波方向自动改变加权系数，从而抑制干扰，得到期望信 号。由于扩频信号有很宽的频带，强的窄带干扰是容易识别 和估计的，所以窄带干扰和其他单频干扰所引起的系统性能 下降，可以由自适应滤波法来改善。窄带干扰的估计及抑制 是在扩频信号解扩前进行的。 ３．４－３用多进制高效直扩技术 多进制高效直扩是利用一组扩频序列对含多个比特信息 的信息码组进行扩频，其具有在扩频序列长度一定、速率一定 时，可传输更多信息；在信息量一定、伪码序列速率一定时，扩 频处理增益更高、抗干扰能力愈强的优点。美军的ＪＴＩＤＳ系 统，采用了多进制直扩、跳频、跳时相结合通信体制，直扩码长 ３２位，每３２伪码代表５ ｂｉｔ信息，处理增益１５ｄＢ。要实现高 效多进制直扩，关键是寻求足够长、足够多的符合扩频要求的 伪随机码序列。 ３．４．４用直扩／跳频混合扩频技术 直扩／跳频混合扩频是目前应用较多的一种综合扩频技 术，其能获得较大的处理增益，大大提高通信抗干扰能力，既 发挥直扩信号低截获、高隐蔽性优点，又发挥了跳频的全部优 点，使得远近效应、多径效应、同台干扰、同步问题都较好地得 到解决。 ～科教导刊ｒ电子Ｊ
２ｏ＂年３月 镶３强 电子测试 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＴＥＳＴ Ｍａｒ． １１ Ｎｏ．３
一种基于直接序列扩频技术的矿井应急通信
系统设计及仿真
王鹤 ，张帆。
（１华中科技大学机械科学与工程学院，湖北，武汉，４３００７４；２炮兵学院 信息工程系，安徽，合肥，
２３００３１）
摘要：采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以增大带宽来降低信噪比。在阐述扩展频谱
通信技术的基本理论和实现方法的基础上，详细介绍了直接序列扩频以及伪随机码ｍ序列原理、产生ｍ序列
的条件。继而提出了若干种矿井应急通信系统的具体设计方案，并利用ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕ１ｉｎｋ软件平台对该系统
进行了仿真及分析。结果表明，该系统可以有效抑制信号干扰，可靠传输信号，达到矿井应急通信系统设计
之目的。 关键词：直接序列扩频；矿井应急通信；ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真；相关解扩
中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ
Ｄ ｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｎｅ ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ
ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｕｍ
Ｗａｎｇ Ｈｅ ，Ｚｈａｎｇ Ｆａｎ
（１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕａＺｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕｂｅｉ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４；２ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｒｔｉｌｌｅｒｙ Ａｃａｄｅｍｙ，Ａｎｈｕｉ，Ｈｅｆｅｉ，２３００３１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ ｌｉｅｓ ｉｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ
