JTIDS系统中两种下变频方法的性能仿真

JTIDS系统中两种下变频方法的性能仿真
布刚刚
【摘要】JTIDS波形采用扩频机制进行系统同步,并采用多进制扩频和MSK调制
方式传输信息.针对这种特点,JTIDS波形在接收端一般采用匹配相关取相关峰位置
的方法来同步和解调.一种方式是将AD(模数转换采样)下变频滤波后的IQ数据直
接进行匹配相关;另一种是对AD采样数据只取符号位后进行下变频滤波再进行匹
配相关.本文对两种方法的性能进行了分析比较.
【期刊名称】《现代导航》
【年(卷),期】2017(008)001
【总页数】5页(P23-27)
【关键词】联合战术信息分发系统;下变频;匹配相关
【作者】布刚刚
【作者单位】中国电子科技集团公司第二十研究所,西安 710068
【正文语种】中文
【中图分类】TN914
联合战术信息分发系统（Joint Tactical Information Distribution System, JTIDS）是美军为三军联合作战而研制的集通信、导航、识别等功能于一体的综合战术通信系统。

JTIDS采用时分多址的方式按时隙工作。

每一个时隙只能有一个成员发射信号并且其中包括20个同步脉冲和数量不等的数据段脉冲。

脉冲均采用长度为32
的扩频码进行调制。

采用匹配相关的方法进行同步和解调。

工程上常采用两种方式
对AD（模数转换采样，本文中的AD均指模数转换采样）后的数据进行处理。

一种是：AD采样后的数据保留幅值位下变频滤波后进相关器；另一种是AD采样后数据只取符号位下变频滤波后进相关器进行相关运算；保留幅值位可以获得更好的相关性能但是相关峰的幅度大小受到接收信号功率大小的直接影响，相关峰门限随信号功率大小变化。

只取符号位相关峰的幅度大小与接收信号功率大小无关，但相关性能稍有损失。

本文对两种相关算法性能进行了仿真对比可供系统设计参考。

JTIDS采用脉冲格式发送信息，每个脉冲宽度为6.4，脉冲周期为13。

同步段每个脉冲由32位伪随机码直接经过MSK调制产生；数据段每个脉冲携带的信息由32位伪随机码采用CCSK循环移位表示，数据段每个脉冲共表示5bit信息。

循环移
位后的随机码串并转换后进行MSK调制，然后进行数字上变频进入射频通道发射，其原理框图如图1所示。

以码片速率5MHz，采样率80MHz为例，扩频调制后的基带I,Q数据如图2所示。

接收端模拟下变频到中频后进行AD采样，采样后的信号进行数字下变频和滤波，采取滑动相关的办法进行复相关。

根据相关峰的位置来进行系统同步和数据的解调。

接收端本地采用与发送端同样的PN码进行MSK调制，当发射端的信号与接收端本地匹配一致时，复相关器输出的模值最大。

解调器根据复相关器输出相关峰的位置来进行解调和解扩。

设发送端DA的输入信号I路为，Q路数据为。

则理想信道情况下接收端AD输出为：
接收端本地的下变频本振与发射端有一个固定的相偏，即接收端I路的本振输出为，Q路的本振输出再取反为。

（1）全幅值下变频：
下变频后的I路数据为：
下变频后的Q路数据为
经过低通滤波器滤除高倍分量后
I路为：
Q路为：
在现实中由于硬件条件的限制，不可能做到全精度，这里取AD有效量化位数为10位，则下变频滤波后的I，Q两路数据如图4所示。

上图仿真中将归一化的幅度值按照10bit有符号数量化，模仿理想情况下的10位AD采样数据。

当接收信号与相关器本地调制信号完全匹配时相关器中实虚部的运算结果分别为：
实部为：
虚部为：
此时相关器输出的幅度为：
与无关。

相关器的仿真输出如图5所示。

（2）仅取符号位下变频：
下变频后的I路数据为：
下变频后的Q路数据为：
符号位下变频滤波后的I、Q数据如图6所示。

相关器输出的幅度值如图7所示。

如图6和图7所示，在没有噪声的条件下两种算法的相关性能是基本一致的。

为了比较两种算法在高斯信道下性能，这里做如下规定：设接收信号与相关器本地调制信号经过滑动后理论上完全匹配的时刻为；相关器输出相关峰最大值对应的时刻为。

在没有噪声的理想情况下二者应当相等，但是当存在噪声时二者之间可能会存在偏差。

这里以偏差的大小作为二者性能比较的量化准则，并进行如下仿真。

仿真包数：；采样率：；中心频率：；码片速率：；码长为：。

此仿真中采用满足带通采样定理的欠采样方式对中频信号进行采样。

这么做是为了与实际工程情况更加一致。

从仿真结果来看在与偏差相同的情况下10位量化要比符号位下变频信噪比小约2个dB；不过类似10位量化下变频这种全幅值计算会造成相关峰的大小与AD接收信号功率大小成强相关；而符号位下变频，相关器的输出与AD信号功率大小无关，只与正负有关。

在同样的信噪比的条件下无论输入功率大小相关峰幅度基本固定。

所以全幅值相关峰门限和相关峰最大值位置的判定会比符号位下变频的相关峰最大值位置判定复杂。

工程上具体选用哪种方法可以根据性能要求和仿真结果来一起考虑。

【相关文献】
[1] 蒋定顺, 金力军. 高速跳频通信系统同步技术研究 [J]. 电子科技大学学报, 2005, 34（1）.
[2] 周佳晶, 唐友喜. JTIDS扩频序列的估计[J]. 电子科技大学学报, 2007, 36（5）.
[3] 曾兴雯, 刘乃安. 通信中的扩展频谱技术 [M]. 西安: 西安电子科技大学出版社, 1995.。