直接序列扩频通信抗干扰性能分析

第24卷第3期2011年6月高等函授学报(自然科学版)

Journal of H igher Correspondence Education(Natural Sciences) Vol. 24No. 3 2011

高职高专教学

直接序列扩频通信抗干扰性能分析

雷 蕾

(陕西邮电职业技术学院通信系, 陕西咸阳712000)

摘 要:简述了直接序列扩频通信基本原理, 讨论了直接序列扩频通信的特点, 对直接序列扩频通信系统的抗干扰能力进行研究, 最后提出了几种用于提高该通信系统抗干扰能力的具体方法。

关键词:直接序列扩频; 通信抗干扰; 通信对抗中图分类号:T N 721

文献标识码:A 文章编号:1006-7353(2011) 03-0081-02

1扩频通信的概述

扩频通信即扩展频谱通信(Spr ead Spectrum Co mmunicatio n) , 与光纤通信、卫星通信一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。简单来说, 扩频(调制) 是这样一种通信技术:被发射的调制信号在发射到信道之前, 被与传输信号无关的伪随机码进行频谱扩展, 使之占有的带宽远远超过原有信息所需的带宽; 而在接收端, 接收信号则被本地伪随机码进行解扩处理, 使其频带被缩小相同倍数。在扩频通信中, 信息已不再是决定调制信号带宽的一个重要因素, 其调制信号的带宽主要由扩频信号来决定。2直接序列通信系统2 1直接序列的组成

直接序列扩频系统是将要发送的信息用伪随机(PN) 序列扩展到一个很宽的频带上去, 在接收端, 用与发端扩展相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关处理, 恢复出原来的信息。图1是直接序列系统的组成原理框图。

由信源输出的信号a(t) 是码元持续时间为Ta 的信息流, 伪随机码产生器产生的伪随机码为c(t) , 每一伪随机码码元宽度或切普(chip) 宽度为Tc 。将信息码a(t) 和c(t) 进行模2

加产生一

图1 直接序列组成框图

速率与伪随机码速率相同的扩频序列, 然后再用扩频序列去调制载波, 这样就得到已扩频调制的射频信号。

在接收端, 接收到的扩频信号经高放和混频后, 用与发端同步的伪随机序列对中频的扩频调制信号进行相关解扩, 将信号的频带恢复为信息序列a(t) 的频带, 即为中频调制信号。然后再进行解调, 恢复出所传输的信息a (t) , 从而完成信息的传输。对于干扰和噪声, 由于和伪随机序列不相关, 在相关解扩器的作用下, 相当于进行了一次扩频。从而干扰和噪声的频谱被扩展, 其谱密度降低, 这样就大大降低了进入信号通频带内的干扰功率, 使调制解调器的输入信噪比和信干比提高, 提高系统的抗干扰能力。

2. 2直接序列的处理增益与干扰容限

处理增益与抗干扰容限是直接序列的两个重要抗干扰指标。传输信号在扩频和解扩的处理过程中, 扩展频谱系统的抗干扰性能得到提高, 这种

收稿日期:2011-03-05.

作者简介:雷蕾(1985-7) , 女, 陕西省咸阳市人, 硕士, 助教, 研究方向:通信网络与设备.

扩频处理得到的好处, 就称之为扩频系统的处理增益G p , 其定义为接收相关处理器输出与输入信噪比的比值, 即

G p

=

输入信噪比

或G p

=

10log 10

(1)

对区域成分的畸变降到最小。在扩频通信系统中应用时, 可在接收机基带部分或中频部分加入自适应干扰抑制滤波器。因为扩频信号有很宽的频带, 且强的窄带干扰是容易识别和估计的, 所以窄带干扰和其他单频干扰所引起的系统性能下降, 可以由自适应滤波法来改善。通常用来估计和抑制窄带干扰的算法可分为2类:第1类是非参数法, 利用快速傅里叶变换算法完成对接收信号的谱估计, 在谱估计的基础上用一个横向滤波器来抑制干扰; 第2类是线性预测, 称为参数法, 这种算法是把干扰模拟成为白噪声通过一个全极点滤波器, 用线性预测器来估计所有极点模型的相关系数, 抑制干扰。窄带干扰的估计及抑制是在扩频信号解扩前进行的。俄罗斯的捷标坦特系列接力机, 就是利用了直接序列扩频、自适应窄带滤波、调零天线及快速自动改频等技术, 抗干扰效果较好, 可靠性很高。

3. 3采用智能天线技术

智能天线的基本思想就是利用各用户信号空间特征的差异, 采用阵列天线技术, 根据某个接受准则自动调节各天线阵元的加权向量, 达到最佳接收和发射, 使得在同一信道上接受和发射多个用户信号而又不互相干扰。实现的关键是数字波束形成技术。因此, 在多用户条件下, 使用智能天线形成窄波束取代传统的全向天线能够提供更大的增益, 各个链路的用户以降低发射功率, 相应地降低了同信道干扰, 从而增加同时容纳的用户数。如果用户信号是空间可分的, 即信号从不同的方向到达智能天线, 智能天线能够通过自适应调零技术实现信号的空间滤波, 使不同方向的用户共享同一频谱资源, 所以应用智能天线的直扩通信系统能够实现高于其处理增益的抗干扰能力。3. 4采用多进制高效直扩技术

多进制高效直扩是利用一组扩频序列对含多个比特信息的信息码组进行扩频而不是以比特为基础进行扩频, 其具有在扩频序列长度一定、速率一定时, 可传输更多信息; 在信息量一定、伪码序列速率一定时, 扩频处理增益更高、抗干扰能力更强的优点。美军的JTIDS 系统, 采用了多进制直扩、跳频、跳时相结合通信体制, 直扩码长32位,

(下转第84页)

00

(dB ) S i /N i

对于直接序列, 输出功率不变。对于干扰信号, 解扩过程就相当于干扰信号的扩展过程, 干扰信号功率被分散到很宽的频带上, 进入解调器输入端的干扰功率相对于解扩器输入端下降很大, 即干扰功率在解扩前后发生了变化。对于直扩通信系统而言, 其处理增益就是干扰功率减小的倍数。经推导可知, 直扩通信系统的处理增益为扩频信号射频带宽与传输的信息带宽的比值, 或为伪随机码速率Rc 与信息速率Ra 的比值, 也即直扩通信系统的扩频倍数N 。

射频c

G p =N ==

BW 信息R a

(2)

所谓干扰容限, 是指在保证系统正常工作的条件下, 接收机能承受的干扰信号比有用信号高

出的分贝数, 用M j 表示有:

M j =G p -L s +dB (3)

N 0

其中, L s 为系统内部损耗, (S/N ) 0为系统正常工作时要求的最小输出信噪比, 即相关器的输出信噪比或解调器的输入信噪比。干扰容限直接反映了扩频系统接收机可能抵抗的极限干扰强度, 当干扰机的干扰功率超过干扰容限后, 才能对扩频系统形成干扰。因而, 干扰容限往往比处理增益能更确切地反映系统的抗干扰能力。3提高直扩通信系统抗干扰能力的方法3. 1采用长伪码序列

由以上分析可知, 长伪码序列比短伪码序列具有更强的干扰能力, 而且从侦收中破译更难, 对长伪码序列实施波形重合干扰也几乎是不可能的。所以, 抗干扰能力强的直扩通信, 其特征之一都是采用长的伪码序列, 有的伪码序列长度达214, 其周期可达一年之久。

3. 2采用自适应滤波器抑制窄带干扰

自适应滤波器是一个空间域的数字滤波器, 它对不应作滤波处理的点不作滤波, 使滤波过程

另一方面,

x+k x

由0

F e x -e x +k

F e x 及F M,

=

t dt

F

t dt t dt F F

x

x

令x , x lim 所以F e L

e =0,

e F

1+

F

lx x x

,

-令x , 再令t 1, 得x lim =1, 即F L

(5) 设0

1

F

F

kx x x

t dt t dt

x

F e (2) 由于

e 1-l

=

t dt t dt

1+

;

又因F D,

所以

lim sup x

=

F

t dt

x

F t dt

, 0

x kx

x

又有F e D , 于是

e

(4) 1

令t 1, 则ER V C; 又因为C D , 只需证明F L ;

设F C 且00, 当x >0充分大时,

(上接第82页)

每32位伪码代表5bit 信息, 处理增益15dB 。要实现高效多进制直扩, 关键是寻求足够长、足够多的符合扩频要求的伪随机码序列。3. 5采用变码直扩技术

实现伪码码型自动变换, 能增加干扰方识别码型的难度, 增强直扩信号的反侦察、抗干扰能力, 解决变码直扩的关键是解决变码同步、高速变码器件的实现等技术。

3. 6采用直扩/跳频混合扩频技术

直扩/跳频混合扩频是目前应用较多的一种综合扩频技术, 其能获得较大的处理增益, 大大提高通信抗干扰能力, 其既发挥直扩信号低截获、高隐蔽性优点, 又发挥了跳频的全部优点, 使得远近-

e 而

e F

1+

F

参考文献

t dt dt

, 得证F e C

[1]张琳. 保险公司崩溃模型研究[J], 经济数学, 1997(6) :85 89.

[2]王楚. 重尾分布破产概率研究的最新进展综述[J], 楚雄师范学院学报, 2006, 21(9) , 10 18.

[3]孔繁超、曹龙等. 对于大额索赔的平衡更新模型的破产概率[J], 数学年刊, 2002, (4) :531 536.

[4]孔繁超、曹龙. 更新风险模型和延迟更新风险模型中破产概率的若干结果[J], 数学年刊, 2003, (1):119 128.

效应、多径效应、同台干扰、同步问题都较好地得到解决。意大利的H YDRA/V 电台, 是直扩/跳频混合扩频体制的成功例子, 由于采用了直扩技术, RF 信号谱密度低, 与单纯跳频系统相比, 有9dB 的增益, 提高了抗截收、抗测向能力。H Y DRA/V 亦是一个宽带系统, 跳率达到100-200H z/s, 不易受跟瞄式或应答式干扰机的干扰。

参考文献

[1]中国通信协会主编. 移动通讯系统[M ].北京:人民邮

电出版社, 2001.

[2][美]彼得森/译者:沈丽丽, 侯永宏, 马兰. 扩频通信

导论[M ]. 北京:.电子工业出版社, 2006.