扩频通信提供了一种抗干扰的有效途径。由于采用了伪随机编码扩展频谱，以及相关接收技术，使其具有很强的抗干扰性能。软件无线电^[4]SDR(Software Defined Radio)是近年来发展起来的一门新兴学科。它采用数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来定义无线电台的各部分功能。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带“数字/模拟”转换器，尽早地完成信号的数字化，从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。基于软件无线电进行扩频通信系统设计具有设计灵活、易于调试、缩短系统开发时间，同时还具有可兼容性，是未来的发展趋势。
1 系统介绍
　　在系统发射端，数据流经过2比特串并转换后分为I、Q两路，然后对I、Q两路数据进行扩频。I路和Q路所选用的扩频码子不相同，它们相互正交。接着扩频后的I、Q路信号分别通过平方根升余弦滤波，最后进行正交调制，将信号发射出去。系统发射端原理图如图1所示。

　　系统接收端" title="接收端">接收端原理图如图2所示。在接收端，采用正交下变频技术将接收信号频带搬移到零中频，这样便于DSP处理，然后利用低通滤波滤除基带带外噪声，再进行A/D变换，变换成可处理的数字信号，然后送入DSP；在DSP内进行同步搜索和频偏估计，在同步搜索成功的基础上，纠正载波频偏和调整码元采样速率；进入同步跟踪环节，它锁定同步信息并跟踪载波频偏变化，然后进行扩频码的非相干解扩解调，最后输出原始信息。

　　系统正常工作是建立在同步的基础上，为了保证收端与发端同步，接收端的频率源" title="频率源">频率源采用直接数字频率合成器(Direct Digital Frequency Synthesis 简称 DDS或DDFS)。它受DSP控制，通过DSP的控制，调整收端频率，最终实现收发两端同步。
　　系统基于软件无线电开发，其关键点是利用DSP实时处理数据。为了保证实时处理数据，系统选用的DSP器件为TI公司生产的高速定点数字信号处理芯片TMS320C6416^[4]，其运行时钟目前最高可达700MHz，单指令周期内最多可支持八条指令并行运行，故运算速度最高可达5600MIPS，是目前业界最快的数字信号处理器。该DSP在系统中主要负责同步的提取，识别有用信号，以及解扩后信号的处理。采用基于软件无线电设计的思想符合通信系统数字化、实时化的发展趋势。
2 系统同步问题分析
　　系统的同步是一个关键问题，系统的正常工作须建立在同步的基础上。下面就系统同步的核心问题进行分析，分析引发同步不确定的因素可能造成的影响。
2.1 同步的不确定性因素
　　引发同步不确定性的因素主要有以下几方面：
　　(1) 频率源通信中所用到的频率源
　　晶振并不是理想中的频率源，它主要受以下两方面影响：
　　·频率准确度，晶振的实际频率总与标称频率存在一定差异；
　　·频率稳定度，它主要由温度变化引起。
　　由于频率源之间存在的频偏和频率源的频率漂移会造成发射端与接收端的载波频率不一致和载波的漂移，使系统性能下降。另一方面，它会造成收发两端信息流" title="信息流">信息流速率不一致，当发端信息流速率大于收端速率时，可能造成信息丢失，当发端信息流速率小于收端速率时，收端会错误地多收数据。因此，系统需要保证收发端频率一致。
　　(2) 电波传播的时延
　　由于发射端与接收端相隔一定距离，以及频偏的存在，在时间上的积累反映为载波的相偏。
　　(3) 多普勒频移
　　它是由发射端与接收端相对位置的变化，引起频率和传输时间的变化。
　　(4) 多径效应
　　它是在传输过程中由于多路径传播引起的。它主要影响系统中码相位、载波频率相位延迟造成同步的不确定。
　　在卫星通信中需要考虑的主要是频率源的稳准度和多普勒现象。
2.2 同步问题的影响分析
2.2.1 同步中的载波频偏分析
　　为了便于分析，这里暂时忽略信道噪声的影响，则发射端信号为:

　　式中T为码元速率的倒数，△f为接收端载波相对于发送端载波频率的偏移，Φ为接收端相对于发送端的未知相偏 (由两载波的相位差及信道时延造成)。
　　由上述推导不难发现，由于频偏(△f)的存在，它对相关峰有一定影响，呈Sa(π△fT)关系。在频偏小时，它对于求相关峰的影响可以忽略。
2.2.2 收发两端信息流频率源不一致问题分析
　　如果收发两端真正同步，那么发端的信息流速率应与收端解码速率一致，而一般对码片采样点为一整数，那么此时收端采样频率(f_s)应与发端扩频码速率(R_N)的比值为一整数；不妨设为M，则有：

　　从上面推导还可知载波的频偏只影响相关峰峰值，不影响对扩频码采样获得的样点数。然而，如果收端与发端之间的信息流频率不一致，采样的一条扩频码的点数N′_S可能不等于N_S;如果采样速率f′S＞M×R_N，则估计出的下一帧扩频码起始位置就比实际的起始位置要偏后；为了尽可能减少收发两端信息流频偏值，应尽可能选用稳准度较高的晶振，尽可能保证传一帧扩频码的时间T_S内实际采样点与理论采样点相差很小。然而，在同步搜索阶段，由于没有任何有用信息，在DSP处理时，运算量非常大，要判决扩频码的起始位置，同时估计系统的载波频偏，一般不可能实时处理完毕，这就需要采取抛帧处理。即在处理当前帧时，将随后的若干帧丢掉，为了准确估计所抛帧数，一般利用定时器的定时功能丢弃数据从而间接实现准确抛数据帧数。前提是先假设收发数据流一致，通过估计传一帧扩频码所需时间来估计需要抛帧数据的时间。然而，实际中一般收发数据流不一致，虽然差异较小，但这样可能因为累计偏差最后使得起始位置偏离所估计的位置。这就需用DSP控制DDS来调整接收端频率源，保证收发两端频率源一致。
3 基于DSP的同步算法
3.1 载波频偏估计算法
　　对于载波同步时出现的载波频偏估计算法较多，时域频偏估计和纠正的方法有多种，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中用得较多的是DFE算法^[2]，它是利用相邻两帧的相位差来估计频偏。
　　频域估计频偏算法是利用FFT变换，通过循环移位实现频谱搬移，在频域作相关运算，或退出频域后再在时域作相关处理，通过估计相关峰最大值所对应的频偏位置获得频偏大小。
　　在DSP处理时的搜索阶段，可以通过计算相隔N帧的相位差来估计频偏。
　　
　　这里考虑的频偏相对信息速率不大^[1]。如果相对频偏较大，为了纠正大的频偏，可以采取步进措施。当DSP在同步搜索阶段检测不到信号时，通过DDS微调，改变下变频频率，从而实现广域纠频偏^[1]。
3.2 收发端信息流不一致解决算法
　　对于收端信息流与发端信息流速率不一致的情况，由上面基于软件无线电处理解扩分析知道，实际中一般存在收发数据流不一致，虽然差异较小，但这样可能因为累计偏差最后使得起始位置偏离所估计的位置。因此在运算时，为了获得精确的扩频码起始位置，需要一定措施；如果直接处理，可以采用多级逼近法：开始时判决在一定的扩频码起始位置范围，接收的数据经过相关处理，是否满足判决条件；然后基于上一次的同步码位置，进一步压缩同步码的起始位置范围，直到找到同步码的真正起始位置。对于本系统采用二级逼近法实现，流程图如图3所示。