擴頻通信提供了一種抗干擾的有效途徑。由于采用了偽隨機編碼擴展頻譜，以及相關接收技術，使其具有很強的抗干擾性能。軟件無線電^[4]SDR(Software Defined Radio)是近年來發展起來的一門新興學科。它采用數字信號處理技術，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來定義無線電臺的各部分功能。其核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶“數字/模擬”轉換器，盡早地完成信號的數字化，從而使得無線電臺的功能盡可能地用軟件來定義和實現。基于軟件無線電進行擴頻通信系統設計具有設計靈活、易于調試、縮短系統開發時間，同時還具有可兼容性，是未來的發展趨勢。
1 系統介紹
　　在系統發射端，數據流經過2比特串并轉換后分為I、Q兩路，然后對I、Q兩路數據進行擴頻。I路和Q路所選用的擴頻碼子不相同，它們相互正交。接著擴頻后的I、Q路信號分別通過平方根升余弦濾波，最后進行正交調制，將信號發射出去。系統發射端原理圖如圖1所示。

　　系統接收端" title="接收端">接收端原理圖如圖2所示。在接收端，采用正交下變頻技術將接收信號頻帶搬移到零中頻，這樣便于DSP處理，然后利用低通濾波濾除基帶帶外噪聲，再進行A/D變換，變換成可處理的數字信號，然后送入DSP；在DSP內進行同步搜索和頻偏估計，在同步搜索成功的基礎上，糾正載波頻偏和調整碼元采樣速率；進入同步跟蹤環節，它鎖定同步信息并跟蹤載波頻偏變化，然后進行擴頻碼的非相干解擴解調，最后輸出原始信息。

　　系統正常工作是建立在同步的基礎上，為了保證收端與發端同步，接收端的頻率源" title="頻率源">頻率源采用直接數字頻率合成器(Direct Digital Frequency Synthesis 簡稱 DDS或DDFS)。它受DSP控制，通過DSP的控制，調整收端頻率，最終實現收發兩端同步。
　　系統基于軟件無線電開發，其關鍵點是利用DSP實時處理數據。為了保證實時處理數據，系統選用的DSP器件為TI公司生產的高速定點數字信號處理芯片TMS320C6416^[4]，其運行時鐘目前最高可達700MHz，單指令周期內最多可支持八條指令并行運行，故運算速度最高可達5600MIPS，是目前業界最快的數字信號處理器。該DSP在系統中主要負責同步的提取，識別有用信號，以及解擴后信號的處理。采用基于軟件無線電設計的思想符合通信系統數字化、實時化的發展趨勢。
2 系統同步問題分析
　　系統的同步是一個關鍵問題，系統的正常工作須建立在同步的基礎上。下面就系統同步的核心問題進行分析，分析引發同步不確定的因素可能造成的影響。
2.1 同步的不確定性因素
　　引發同步不確定性的因素主要有以下幾方面：
　　(1) 頻率源通信中所用到的頻率源
　　晶振并不是理想中的頻率源，它主要受以下兩方面影響：
　　·頻率準確度，晶振的實際頻率總與標稱頻率存在一定差異；
　　·頻率穩定度，它主要由溫度變化引起。
　　由于頻率源之間存在的頻偏和頻率源的頻率漂移會造成發射端與接收端的載波頻率不一致和載波的漂移，使系統性能下降。另一方面，它會造成收發兩端信息流" title="信息流">信息流速率不一致，當發端信息流速率大于收端速率時，可能造成信息丟失，當發端信息流速率小于收端速率時，收端會錯誤地多收數據。因此，系統需要保證收發端頻率一致。
　　(2) 電波傳播的時延
　　由于發射端與接收端相隔一定距離，以及頻偏的存在，在時間上的積累反映為載波的相偏。
　　(3) 多普勒頻移
　　它是由發射端與接收端相對位置的變化，引起頻率和傳輸時間的變化。
　　(4) 多徑效應
　　它是在傳輸過程中由于多路徑傳播引起的。它主要影響系統中碼相位、載波頻率相位延遲造成同步的不確定。
　　在衛星通信中需要考慮的主要是頻率源的穩準度和多普勒現象。
2.2 同步問題的影響分析
2.2.1 同步中的載波頻偏分析
　　為了便于分析，這里暫時忽略信道噪聲的影響，則發射端信號為:

　　式中T為碼元速率的倒數，△f為接收端載波相對于發送端載波頻率的偏移，Φ為接收端相對于發送端的未知相偏 (由兩載波的相位差及信道時延造成)。
　　由上述推導不難發現，由于頻偏(△f)的存在，它對相關峰有一定影響，呈Sa(π△fT)關系。在頻偏小時，它對于求相關峰的影響可以忽略。
2.2.2 收發兩端信息流頻率源不一致問題分析
　　如果收發兩端真正同步，那么發端的信息流速率應與收端解碼速率一致，而一般對碼片采樣點為一整數，那么此時收端采樣頻率(f_s)應與發端擴頻碼速率(R_N)的比值為一整數；不妨設為M，則有：

　　從上面推導還可知載波的頻偏只影響相關峰峰值，不影響對擴頻碼采樣獲得的樣點數。然而，如果收端與發端之間的信息流頻率不一致，采樣的一條擴頻碼的點數N′_S可能不等于N_S;如果采樣速率f′S＞M×R_N，則估計出的下一幀擴頻碼起始位置就比實際的起始位置要偏后；為了盡可能減少收發兩端信息流頻偏值，應盡可能選用穩準度較高的晶振，盡可能保證傳一幀擴頻碼的時間T_S內實際采樣點與理論采樣點相差很小。然而，在同步搜索階段，由于沒有任何有用信息，在DSP處理時，運算量非常大，要判決擴頻碼的起始位置，同時估計系統的載波頻偏，一般不可能實時處理完畢，這就需要采取拋幀處理。即在處理當前幀時，將隨后的若干幀丟掉，為了準確估計所拋幀數，一般利用定時器的定時功能丟棄數據從而間接實現準確拋數據幀數。前提是先假設收發數據流一致，通過估計傳一幀擴頻碼所需時間來估計需要拋幀數據的時間。然而，實際中一般收發數據流不一致，雖然差異較小，但這樣可能因為累計偏差最后使得起始位置偏離所估計的位置。這就需用DSP控制DDS來調整接收端頻率源，保證收發兩端頻率源一致。
3 基于DSP的同步算法
3.1 載波頻偏估計算法
　　對于載波同步時出現的載波頻偏估計算法較多，時域頻偏估計和糾正的方法有多種，例如：phase lock loop(PLL)法、Fitz 算法、Maximum likelihood(ML)算法、Data aided(DA)算法、Difference feedforward estimation(DFE)算法、 Decision Directed Methods (DDM)算法以及Automatic frequency control(AFC)法。在DSP中用得較多的是DFE算法^[2]，它是利用相鄰兩幀的相位差來估計頻偏。
　　頻域估計頻偏算法是利用FFT變換，通過循環移位實現頻譜搬移，在頻域作相關運算，或退出頻域后再在時域作相關處理，通過估計相關峰最大值所對應的頻偏位置獲得頻偏大小。
　　在DSP處理時的搜索階段，可以通過計算相隔N幀的相位差來估計頻偏。
　　
　　這里考慮的頻偏相對信息速率不大^[1]。如果相對頻偏較大，為了糾正大的頻偏，可以采取步進措施。當DSP在同步搜索階段檢測不到信號時，通過DDS微調，改變下變頻頻率，從而實現廣域糾頻偏^[1]。
3.2 收發端信息流不一致解決算法
　　對于收端信息流與發端信息流速率不一致的情況，由上面基于軟件無線電處理解擴分析知道，實際中一般存在收發數據流不一致，雖然差異較小，但這樣可能因為累計偏差最后使得起始位置偏離所估計的位置。因此在運算時，為了獲得精確的擴頻碼起始位置，需要一定措施；如果直接處理，可以采用多級逼近法：開始時判決在一定的擴頻碼起始位置范圍，接收的數據經過相關處理，是否滿足判決條件；然后基于上一次的同步碼位置，進一步壓縮同步碼的起始位置范圍，直到找到同步碼的真正起始位置。對于本系統采用二級逼近法實現，流程圖如圖3所示。