直接序列扩频系统(DS-SS)中数字相关器的研究* (2000年)

直接序列扩频系统（DS-SS）是一种广泛应用于无线通信领域的技术，它通过使用高速伪随机码序列对信息信号进行调制，从而扩展信号的频谱。这种方法特别适合于无线接力机等设备，可以有效提高系统的抗干扰能力和频谱利用率。数字相关器是实现直接序列扩频接收的关键部件，它能够对接收到的信号进行解扩操作，从而恢复出原始信息。 数字相关器的工作原理基于相关运算，即信号与本地伪随机码序列进行比对，以确定是否存在同步。在DS-SS系统中，相关器通常包括有源相关法和无源相关法。有源相关法通过对输入信号和本地伪随机码进行逐位相关与积分运算来完成，适用于长码周期的连续帧信号，但电路较为复杂。无源相关法则利用匹配滤波器实现快速的实时捕获，适合较短的伪随机码序列，但其设计需要针对特定伪码序列来定制。 匹配滤波器是实现相关运算的重要设备，它能够以特定的伪随机码序列进行同步。这种滤波器的传递函数是传输信号复共轭函数的匹配，通常利用声表面波（SAW）器件实现。SAW器件的特点是它们可以同时提供多码片长度的延迟，从而有效地执行相关运算。 由于SAW匹配滤波器的定制性质，在某些应用中可能缺乏灵活性。为解决这个问题，研究者们通过FPGA（现场可编程门阵列）来设计数字相关器。FPGA具有可编程特性，可以灵活地调整相关器的参数，如匹配滤波器的长度、抽头系数等，以满足不同的技术需求。这种数字相关器不仅能够实现快速捕获，还能够根据用户需求进行系统参数的调整。 在设计数字相关器时，研究者们建立了数字相关器的数字化模型，并采用了横截型结构。横截型结构可以视为一组并联的相关器，能够通过编程调整滤波器参数来提高信号处理的灵活性和准确性。 数字相关器的设计对于无线通信设备的自主开发具有重要意义。由于传统的相关器主要依赖进口器件，这限制了国内产品的发展。通过自主研发数字相关器，可以在不依赖进口器件的情况下实现设备的生产，推动无线通信技术的进步。 总结来看，直接序列扩频系统中的数字相关器是实现高效无线通信的关键技术，它涉及到扩频通信技术的基本原理、相关器的工作机理、匹配滤波器的设计、FPGA的编程应用等多个方面。数字相关器的设计与实现不仅提升了无线通信系统的性能，还推动了国内通信技术的自主创新和发展。随着无线通信技术的不断发展和应用场景的扩展，数字相关器及其相关技术的研究仍然具有重要的现实意义和应用前景。