脈沖干擾對超寬帶通信干擾效果分析＊

覃振江 王昌寶 畢大慶

（電子工程學院 合肥 230037）

1 引言

超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）通信是一種以無載波的類高斯脈沖作為信息載體的新型通信體制［1］。它具有頻帶寬、傳輸速率高、平均功率低、保密性好以及抗干擾性能強的特點［2］。近幾年，超寬帶（UWB）通信在國外尤其是美國的軍事通信領域得到了廣泛的應用，對超寬帶通信的干擾將成為通信對抗領域面臨的重要課題［3］。本文針對THPPM-UWB體制通信信號，理論上對脈沖干擾對該通信體制的影響進行了分析，并運用MATLAB對干擾效果進行了仿真，仿真結果表明，在給定干擾功率下，通過合理選擇脈沖干擾信號的脈沖重復周期和脈沖寬度，能夠對超寬帶（UWB）系統(tǒng)形成有效的干擾。

2 系統(tǒng)模型

超寬帶通信的典型調制方式是脈沖位置調制（Pulse Position Modulation，PPM），通過跳時碼（TH）獲得多址容量，TH-PPM-UWB通信系統(tǒng)的基本組成框圖如圖1所示［4］。

圖1 TH-PPM-UWB通信系統(tǒng)的基本組成框圖

發(fā)送波形表達式如下：

式中g（t）是發(fā)送的單周期脈沖，其持續(xù)時間設為Tm。Tf為脈沖重復周期，Tm?Tf，bi是0、1信息序列，ε表示由信息序列控制的發(fā)射脈沖時延，每Ns個單周期脈沖波形傳送一個二進制符號，cjTc是由偽隨機碼控制的發(fā)射脈沖時延，其中0≤cj≤Nmax，Nmax·Tc＋ε≤Tf。

在接收端，采用接收體制為相關接收，相關解調的模板信號為［5］：

3 脈沖干擾分析

3.1 脈沖干擾信號產生

脈沖干擾信號工作時間短促，可以獲得很大的峰值功率，使接收機解調之后發(fā)生突發(fā)性錯誤。脈沖干擾信號一般都經過寬帶噪聲信號調制，其干擾策略類似于部分頻帶噪聲干擾，只不過前者是時間上的一部分，后者是頻譜上的一部分［6］。圖2是脈沖干擾信號的產生模塊。

圖2 脈沖干擾信號的產生模塊

3.2 脈沖干擾分析

脈沖干擾是由一連串周期重復的窄脈沖組成的干擾信號，要注意的是這種脈沖干擾是有載波調制的射頻脈沖，脈沖寬度為τ，脈沖重復周期為T，脈沖幅度為AJ。這樣的脈沖信號可以表示為［7］：

式中g（t）為寬度為τ的矩形函數(shù)，fJ為載波頻率，φ0為初始相位。該周期信號的傅里葉變換為（設φ0＝0）：

式中ωJ＝2πfJ，GT（ω）為周期性矩形脈沖串的傅里葉變換，由下式給出：

其中G（ω）為矩形脈沖的傅里葉變換，由下式給出：

也就是說，重復周期為T的脈沖干擾信號，其傅里葉變換由間隔為ω0＝2π／T的沖激序列組成，沖激序列的幅度為

則脈沖信號的單邊功率譜可以表示為

假設解調模板信號中由偽隨機碼控制的各周期中脈沖起點位置為p1，p2，…，pNs，其中pi＝（i－1）Tf＋ciTc，i＝1，2，…，則相關器的傳輸函數(shù)的模為［9］

式中，ε表示由信息序列控制的發(fā)射脈沖時延，F(xiàn)（ω）為接收脈沖的幅度譜。

相關器輸出的干擾信號的單邊功率譜為

解調后輸出的干擾信號的功率為

將式（10）帶入上式，得到

每比特信號解調輸出的信號功率為［10］

Ns為每個比特映射的脈沖數(shù)。

輸出信干比為

系統(tǒng)誤碼率為

由上式可見，脈沖干擾的干擾效果相當于把總功率分配到不同音調上的多音干擾效果的總和，與功率譜中各離散譜線的位置（nω0＋ωc）和τ有關。

4 干擾性能仿真與分析

仿真條件：在AWGN信道下，信噪比取8dB，發(fā)射脈沖為實際中最普遍采用的高斯脈沖二階導函數(shù)，平均發(fā)射功率Pow為－30dBm，平均脈沖重復周期（幀周期）Tf為3ns，每個比特映射的脈沖數(shù)Ns為3個，碼片時間Tc為1ns，跳時碼的最大值上界Nmax為3，周期Np為5，沖激響應持續(xù)時間（脈寬）Tm為0.5ns，脈沖波形形成因子α為0.25ns，PPM時移ε為0.5ns，采樣頻率fc為50GHz，取20000個bit進行仿真。

仿真分析：在相同的脈沖重復周期但不同占空比條件下，脈沖干擾信號對超寬帶通信性能的影響，并與寬帶噪聲干擾信號（即占空比為1時的脈沖干擾信號）進行了比較，實驗結果如圖3所示。

圖3 相同的脈沖重復周期不同占空比時的仿真結果

仿真結果分析與結論：不同占空比條件下的脈沖干擾信號對超寬帶通信的影響應分兩種情況進行討論，一是在小信干比（信干比小于－18dB）情況下，脈沖干擾信號的占空比越小，干擾效果越差。二是在大信干比（信干比大于－8dB）情況下，干擾效果正相反，脈沖占空比越小，干擾效果越好。說明在通信信號功率不變的情況下，隨著干擾信號功率的減小，小占空比脈沖干擾信號的優(yōu)勢越來越明顯。因此在實際應用中，應依據(jù)接收機處的信干比情況，合理選取脈沖干擾信號的占空比，以達到更好的干擾效果。

圖4仿真了不同脈沖重復周期和工作比（占空比）情況下脈沖干擾對超寬帶通信系統(tǒng)的比特誤碼率曲線圖。

圖4 不同脈沖重復周期和工作比干擾仿真圖

仿真結果分析如下：在工作比（占空比）低端（＜40%）和高端（60%90%）時，選擇較小的脈沖重復周期時干擾效果更好，在工作比（40%60%）時，脈沖重復周期的選擇對干擾影響不大。因此在實際應用中，應依據(jù)不同的占空比，合理選取脈沖干擾信號的脈沖重復周期，以達到更好的干擾效果。

5 結語

本文從通信干擾角度出發(fā)，簡單地介紹了超寬帶通信的系統(tǒng)模型，針對TH-PPM-UWB通信體制，設計了脈沖干擾信號產生模塊，理論分析了脈沖干擾的干擾效果，并運用MATLAB仿真軟件，對干擾效果進行了仿真和分析，給出了有益的結論，為實現(xiàn)對超寬帶（UWB）通信干擾的實裝研制打下理論基礎，具有一定的參考價值。

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