chirp扩频综述_原创精品文档.pdfVIP

Chirp扩频技术综述

摘要：众所周知，扩频技术具有显著的抗干扰和抗衰落特性，并且具有低功耗，及低的被检

测概率，因此，扩频技术被广泛的应用于民用和军用通信中。常用的扩频技术主要有三种：

直接序列扩频，跳频和chirp扩频（ChirpSpreadSpectrum，CSS）技术。相比于前两者，Chirp

扩频技术的抗多普勒频移能力更强，且可有效的抗深度衰落。由于水声信道的多普勒频移是

不可忽略的，因此，有必要对chirp扩频技术进行深入的研究，使其能成为水声通信中一种

新的调制体制。另外，近年来FRFT（FractionalFourierTransform，分数阶傅里叶变换）是

信号处理领域一个研究热点，不同于普通的傅里叶变换，FRFT的基函数正是一系列chirp

函数，这使得FRFT可用于检测chirp信号和chirp参数估计，因此，将其引入Chirp扩频系

统。本文将介绍chirp扩频技术的基本原理，及其主要发展和应用，并对基于chirp扩频的

多址方案进行讨论。最后还将介绍基于FRFT的Chirp扩频系统。

一．Chirp扩频技术简介

CSS技术是用线性调频的Chirp脉冲调制发送信息来达到扩频效果的。Chirp脉冲是正

弦信号，在一定时间段内，其频率随时间线性增加或减小。与DSSS、FHSS相似，CSS利

用了它的整个带宽去扩展信号的频谱，不同的是CSS不需要加入任何伪随机序列，它利用

了Chirp脉冲自身的频率线性特征，其频率是连续变化的。

CSS与DSSS的解扩原理也有相似之处。DSSS是通过PN序列扩频的，其解扩需要利

用PN序列良好的自相关特性，即：其自相关远大于互相关。在接收端，如果本地PN序列

与接收到的PN序列具有相同的相位时，相关运算出现最大值。所以可以通过自相关运算，

对信号进行解扩，实现数据符号的检测。CSS的解扩利用了脉冲压缩原理。接收信号经过匹

配滤波后，出现了尖峰脉冲，接收机可以通过对尖峰脉冲的能量捕获来进行数据符号的检测。

匹配滤波在一定程度上可以看作是求自相关。所以可以认为CSS和DSSS都是通过对扩频

序列(信号)求自相关来解扩的。

与传统的扩频技术相比，Chirp扩频有其独特的优点：Chirp扩频的处理增益由信号的

时间带宽积TB决定，而Chirp信号的时间带宽积远大于1，所以利用Chirp脉冲传送数据，

有较强的抗干扰能力。Chirp扩频利用了非常宽的频带，即使在非常低的发射功率下，仍然

可以抗多径衰落。同时Chirp扩频还能抗移动通信中常见的多普勒频移。【1】

二.调制方式

目前用于Chirp扩频通信的调制方法可分为两大类，二进制正交键控(BinaryOrthogonal

Keying，BOK)调制和直接调制(DirectModulation，DM)。在BOK中，Chirp信号被用于表

示调制后的符号；而在DM中，Chirp信号仅用于扩展已调信号的频谱。

在BOK系统中，使用两个正交的线性调频信号。它们的线性调频率（chirprate）正好

相反。一个是正的，称为up-chirp，一个是负的，称为down-chirp，分别用来表示不同的信

号，例如，用up-chirp表示“1”，用down-chirp来表示“0”。Chirp扩频是一种低速的调制

方式，为了提高数据速率，在BOK系统的基础上，文献【2】提出了一种多进制键控调制，

称为MultipleChirp-rateShiftKeying（MCrSK），即用不同的调频率和k,i1,2,...M初始

i

频点fi来对信息进行相应的映射。这类似于MFSK，但是该系统比MFSK鲁棒性更强，

0

且频谱利用率更高。这种系统在设计的时候需考虑不同调频率的选取方案。文献【3】提出

的M-arychirpspreadspectrummodulation(MCSS)系统，本质上和MCrSK系统是相同的。

DPSK-MCSS则是在差分编码的基础