ＤＤＳ的通信信号技术概述

摘要：现代军事技术的一个重要特点就是各种武器装备越来越广泛地采用和依赖于无线电电子技术，而通信对抗是电子对抗的重要组成部分，该文将对DDS技术的通信信号产生技术作一个简要概述。

关键词：DDS技术；电子战；通信信号

1.引言

现代军事技术的一个重要特点就是各种武器装备越来越广泛地采用和依赖于无线电电子技术，而如何截获并干扰敌方的电子信号就成了电子对抗的主要任务，也是现代战争致胜的关键。

通信对抗是电子对抗的重要组成部分。随着通信技术的发展，通信信号的种类越来越多，除了常规的调制信号之外，新兴的扩展频谱信号由于其抗干扰和抗多径能力强、频谱利用率高、多址能力强、保密及测距能力强等诸多优点也越来越受到人们的重视，被广泛使用；随着通信事业的迅速发展，通信网络的数目也越来越多。如何截获敌方的通信信号，对其进行预测和干扰，从而阻碍敌方正常通信，是通信对抗的主要研究内容。

在通信对抗的研究中，为了模拟敌方的通信信号使研究成果更为实用，信号发生器是不可或缺的仪器。如何利用和改进现有的信号产生，即频率合成技术研制与现代通信信号相近的信号发生器成为当前的热点和难点。

2.频率合成技术的发展

频率合成是指由一个或多个频率稳定度和精确度很高的参考信号源通过频率域的线性运算，产生具有同样稳定度和精确度的大量离散频率的过程。实现频率合成的电路叫频率合成器，频率合成器是现代电子系统的重要组成部分。在通信、雷达和导航等设备中，频率合成器既是发射机的激励信号源，又是接收机的本地振荡器；在电子对抗设备中，频率合成器可以作为干扰信号发生器；在测试设备中，频率合成器可以作为标准信号源，因此频率合成器被人们称为许多电子系统的“心脏”。

频率合成器的实现方法有三种：直接模拟频率合成、间接频率合成和直接数字频率合成。

直接模拟频率合成技术是一种早期的频率合成技术，它用一个或几个参考频率源经谐波发生器变成一系列谐波，再经混频、分频、倍频和滤波等处理产生大量的离散频率，这种方法的优点是频率转换时间短、相位噪声低，但由于采用大量的混频、分频、倍频和滤波等途径，使频率合成器的体积大、成本高、结构复杂、容易产生杂散分量且难于抑制。

间接频率合成技术又称锁相式频率合成，它是利用锁相技术实现频率的加、减、乘、除。其优点是由于锁相环路相当于一个窄带跟踪滤波器，因此能很好地选择所需频率的信号，抑制杂散分量，且避免了大量使用滤波器，十分有利于集成化和小型化。此外，一个设计良好的压控振荡器具有高的短期频率稳定性，而标准频率源具有高的长期频率稳定度，锁相式频率合成器把这二者结合在一起，使其合成信号的长期稳定度和短期度都很高。但锁相式频率合成器的缺点是频率转换时间较长，单环频率合成器的频率间隔不可能做得很小。

直接数字频率合成（DDS-Digital Direct Frequency Synthesis）技术是一种新的频率合成方法，是频率合成技术的一次革命，JOSEPH TIERNEY 等3人于1971年提出了直接数字频率合成的思想，但由于受当时微电子技术和数字信号处理技术的限制，DDS技术没有受到足够重视，随着电子工程领域的实际需要以及数字集成电路和微电子技术的发展，DDS技术日益显露出它的优越性。DDS频率合成器主要由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器组成。在系统时钟一定的情况下，输出频率取决于输入相位累加器的频率控制数字。

3.直接数字频率合成技术

由于DDS的自身特点决定了它存在以下两个比较明显的缺点：一是输出信号的杂散比较大，二是输出信号的带宽受到限制。DDS输出杂散比较大，是由于信号合成过程中的相位截断误差、D/A转换器的截断误差和D/A转换器的非线性造成的。随着技术的发展这些问题正在逐步得到解决。如通过增加波形ROM的长度减小相位截断误差，通过增加波形ROM的字长和D/A转换器的精度减小D/A量化误差。比较新的DDS芯片中普遍都采用了12bit的D/A转换器。

国内外学者在对DDS输出的频谱做了大量的分析以后，总结出了误差的频域分布规律，建立了误差模型，在分析DDS频谱特性的基础上又提出了一些降低杂散功率的方法，可以通过采样的方法降低带内误差功率，可以用随机抖动法提高无杂散动态范围（在D/A转换器的低位上加干扰打破DDS输出的周期性，从而把周期性的杂散分量打散使之均匀化）。

DDS和PLL相结合的方法也是一种有效的方法。这种方法兼顾了两者的优点，既有较高的频率分辨率，又有较高的频谱纯度。DDS和PLL相结合一般有两种实现方法：DDS激励PLL的锁相倍频方式和PLL内插DDS方式。自80年代以来各国都在研制DDS产品，随着基础电路制造工艺的逐步提高，通过采用先进的工艺和低功耗的设计，DDS的工作速度已经有了很大的提高并广泛的应用于各个领域。其中以AD公司的产品比较有代表性。如AD7008、AD9850、AD9851、AD9954、AD9858等，其系统时钟频率从30MHz到1GHz不等。这些芯片还具有调制功能，如AD7008可以产生正交调制信号，AD9852也可以产生FSK、PSK、线性调频以及幅度调制的信号。芯片内部采用了优化设计，大多采用了流水技术，提高了相位累加器的工作频率，进一步提高了DDS芯片的输出频率。

通过运用流水技术在保证相位累加器工作频率的前提下，相位累加器的字长可以设计得更长，如AD9852的相位累加器达到了48位。同时为了抑制杂散，这些芯片大多采用了随机抖动法提高无杂散动态范围。运用DDS技术生产的DDS任意波形信号发生器是较新的一类信号源并已经广泛投入使用。它不仅能产生传统函数信号器能产生的正弦波、方波、三角波、锯齿波，还可以产生任意编辑的波形。由于DDS的自身特点，还可以很容易的产生一些数字调制信号，如FSK、PSK等，一些高端的信号发生器甚至可以产生通信信号。同时输出波形的频率分辨率、频率精度等指标也有很大的提高。

除了在仪器中的应用外，DDS在通信系统和雷达系统中也有很重要的用途。通过DDS可以比较容易的产生一些通信中常用的调制信号如FSK、BPSK、QPSK。DDS还可以产生两路相位严格正交的信号，在正交调制和解调中得到了广泛的应用，是一种很好的本振源。在雷达中通过DDS和PLL相结合可以产生毫米波线性调频信号，DDS移相精度高、频率变捷快等优点在雷达系统中也可以得到很好的发挥。

虽然DDS技术的应用日益广泛，但是目前可以产生多种通信信号的仪器数量很少而且价格非常昂贵，在现代的通信对抗和无线电监测研究中，人们多使用的是基于DDS技术的任意波形发生器，使用前要将所需波形的数据输入仪器，过程比较繁琐，信号参数改变时需重新产生和输入数据，操作也不很方便，使DDS技术的使用受到了限制。如何合理地基于DDS技术研制出一种新型的结构简便、易于操作、成本低廉的通信信号发生器是我国科技工作者将来研究的主要内容。

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