MC-FH-CDMA通信抗干擾分析

謝剛

擴(kuò)展頻譜技術(shù)[1]具有很強(qiáng)的抗干擾性能，目前被廣泛應(yīng)用于軍事通信和民用通信中。跳頻系統(tǒng)的原理是把整個(gè)頻帶分成若干個(gè)頻段，發(fā)射機(jī)發(fā)送的頻帶是由偽隨機(jī)序列控制的，每發(fā)送一個(gè)信號(hào)，頻帶隨機(jī)變換一次，所以干擾方很難進(jìn)行有效干擾。直接序列擴(kuò)頻技術(shù)與跳頻技術(shù)一樣，是目前主流的抗干擾通信體制技術(shù)。這種擴(kuò)頻信號(hào)的特點(diǎn)在于時(shí)域上表現(xiàn)為窄脈沖調(diào)制載波，在頻域上信號(hào)帶寬被展寬。直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗高斯噪聲和寬帶干擾能力、大容量通信的能力、隱避通信的能力、良好的測(cè)距和定位能力、具有保密通信的能力，因此直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)在軍事通信、導(dǎo)航、民用通信、遙感和遙測(cè)、及定位等諸多領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用。

MC-FH-CDMA正是結(jié)合了跳頻和多載波擴(kuò)頻的一種新系統(tǒng)，對(duì)原有的系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)后，得到系統(tǒng)的模型為圖1。發(fā)射機(jī)與接收機(jī)框圖如圖所示，PN序列與數(shù)據(jù)比特都是獨(dú)立隨機(jī)的，數(shù)據(jù)比特的持續(xù)時(shí)間為Tb，b（k）為第k個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)，在{-1，1}中等概，{c（1），c（2），…，c（N）}為擴(kuò)頻碼，對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)經(jīng)過(guò)N倍復(fù)制之后，先與擴(kuò)頻碼相乘再調(diào)制到各子載波，各子載波相加之后進(jìn)行傳輸，總帶寬被分為M個(gè)子信道，N個(gè)子載波的頻率是由PN序列控制從總的M個(gè)正交頻率中隨機(jī)選擇的。

第k個(gè)比特發(fā)送信號(hào)可以表示為:

（1）

假設(shè)單音干擾與子載波頻率對(duì)準(zhǔn)的情況，在該模型中，用戶的平均誤碼率可表示為：

（2）

其中r為用戶所選子載波碰撞到單音干擾的概率，Pe1為碰撞到單音干擾的誤碼率，Pe2為未碰到單音干擾的誤碼率，此時(shí)僅存在高斯白噪聲干擾。

第k個(gè)數(shù)據(jù)比特發(fā)送的信號(hào)為：

（3）

式中P（t）為單位矩形脈沖，在[0，Tb]內(nèi)為非零，b（k）為用戶第k個(gè)比特的數(shù)據(jù)信息。

不考慮多徑信號(hào)時(shí)的接收信號(hào)為：

（4）

接收端乘以相加后經(jīng)判決輸出。其中d（i）為第i個(gè)子載波支路合并時(shí)的加權(quán)系數(shù)，則輸出判決量可表示為：

（5）

其中第1項(xiàng)為期望用戶判決輸出：

（6）

第2項(xiàng)為單頻干擾

（7）

于是

（8）

第3項(xiàng)為高斯白噪聲項(xiàng)：

（9）

等增益合并時(shí)，則誤碼率為：

（10）

所以平均誤碼率為：

（11）

將系統(tǒng)的總帶寬分為256個(gè)子信道即M=256，MC-FH-CDMA擴(kuò)頻倍數(shù)N=128，信噪比Eb/N0=20dB，Tb=2.5×10-5s，帶寬W=10MHz，為保證公平性，MC-CDMA擴(kuò)頻增益為M，跳頻系統(tǒng)的跳頻點(diǎn)數(shù)為M。

從圖中可以發(fā)現(xiàn)單音干擾下跳頻的性能是最好的，因?yàn)樵趩我舾蓴_環(huán)境下跳頻系統(tǒng)碰撞到干擾信號(hào)的概率是最小的，所以該系統(tǒng)抗單音干擾性能最強(qiáng)。在信干比小于4dB的時(shí)候，MC-FH-CDMA比MC-CDMA的抗干擾性能好是因?yàn)榇藭r(shí)干擾的功率很大，而MC-FH-CDMA碰撞上干擾信號(hào)的概率比MC-CDMA小，所以誤碼率低。在信干比大于4dB的時(shí)候，MC-FH-CDMA比MC-CDMA的抗干擾性能差是因?yàn)榇藭r(shí)干擾的功率較小，對(duì)誤碼率的影響占主導(dǎo)因素的是擴(kuò)頻增益，而MC-CDMA擴(kuò)頻增益比MC-FH-CDMA大，所以性能更好一些。