通信干擾技術(shù)的應(yīng)用

鄭重

摘 要： 本文主要討論擴(kuò)頻技術(shù)中的直接序列擴(kuò)頻技術(shù)。直接序列（Direct Sequence，DS）擴(kuò)頻技術(shù)是將待傳輸信息信號(hào)與一個(gè)高速的偽隨機(jī)碼波形相乘后去直接控制射頻載波的某一個(gè)參量，從而擴(kuò)展了信號(hào)傳輸帶寬的傳輸體制。

關(guān)鍵詞： MATLAB；通信干擾；抗干擾；直接序列

一、通信干擾的特點(diǎn)

對(duì)無(wú)線電通信過(guò)程的干擾是在無(wú)線電通信技術(shù)誕生之前就已經(jīng)客觀存在了，如天線干擾和工業(yè)干擾等，但是人為有意的無(wú)線電干擾卻是在無(wú)線電通信技術(shù)成功應(yīng)用于戰(zhàn)爭(zhēng)研究之后才發(fā)展起來(lái)的。其特點(diǎn)可歸納如下。

1.對(duì)抗性。通信干擾是為了破壞或擾亂敵方的無(wú)線電通信。其信號(hào)發(fā)射目的不在于傳送某種信息，而在于用干擾中攜帶的信息去壓制和破壞敵方的通信。

2.進(jìn)攻性。無(wú)線電通信是有源的、積極地、主動(dòng)地，他千方百計(jì)的“殺入”到敵方通信系統(tǒng)內(nèi)部，所以干擾是有進(jìn)攻性的。

3.先進(jìn)性。通信干擾每時(shí)每刻都以敵方為對(duì)象，因此它必須跟蹤敵方通信技術(shù)的最新發(fā)展，并且設(shè)法超過(guò)敵方，只有這樣才能開(kāi)發(fā)出克敵制勝的通信干擾設(shè)備。

4.靈活性和預(yù)見(jiàn)性。作為對(duì)抗性武器，通信干擾系統(tǒng)逆序具備敵變我變的能力，現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)瞬息萬(wàn)變，為了立于不敗之地，通信干擾系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和研究必須注重功能的靈活性和發(fā)展的預(yù)見(jiàn)性。

5.技戰(zhàn)綜合性。通信干擾系統(tǒng)有如其他武器一樣，其作用不僅取決于技術(shù)性能的優(yōu)良，在很大程度上還取決于其戰(zhàn)術(shù)使用方法。

6.綜合對(duì)抗性。無(wú)線電通信系統(tǒng)隨著現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展，已從過(guò)去單獨(dú)的、分散的、局部的發(fā)展成為聯(lián)合的、一體的、全局的通信指揮系統(tǒng)。

7.工作頻帶寬。無(wú)線電通信干擾設(shè)備隨著現(xiàn)代軍事無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展，需要覆蓋的頻率范圍已經(jīng)相當(dāng)寬，甚至可以達(dá)到十幾千赫到幾十千赫。

8.反應(yīng)速度快。在跳頻通信、促發(fā)通信飛速發(fā)展的今天，目標(biāo)信號(hào)在每一個(gè)頻率點(diǎn)上的駐留時(shí)間已經(jīng)非常短促，這就要求通信干擾系統(tǒng)的反應(yīng)速度十分迅速。

9.干擾技術(shù)難。雷達(dá)是以接收目標(biāo)回波進(jìn)行工作的，回波很微弱，干擾起來(lái)比較容易；而通信以直接波方式工作的，信號(hào)較強(qiáng)，所以對(duì)通信信號(hào)的干擾和壓制比雷達(dá)干擾需要更強(qiáng)大的功率?？傊ㄐ鸥蓴_技術(shù)領(lǐng)域中需要解決的技術(shù)難題有很多。

二、通信抗干擾的原理

干擾容限（Mj）定義為系統(tǒng)尚能工作時(shí)，接收機(jī)允許輸入的最大擾信比，干擾容限反映系統(tǒng)在干擾環(huán)境中對(duì)干擾的耐受能力，其值與干擾方式、信號(hào)形式和接受方法有關(guān)。

由干擾容限的定義可知，一個(gè)通信系統(tǒng)能正常工作的條件是

，式中 為接收機(jī)輸入擾信比；Mj是系統(tǒng)的干擾容限。當(dāng)式不滿足時(shí)，通信系統(tǒng)無(wú)法正常通信。滿足時(shí)，通信質(zhì)量好于最低要求，通信系統(tǒng)能正常通信。由此可知，可通過(guò)降低輸入擾信比和提高系統(tǒng)干擾容限來(lái)提高系統(tǒng)抗干擾能力。

（1）降低接收機(jī)輸入擾信比

有接收機(jī)輸入擾信比的關(guān)系式：

由公式可知，提高信號(hào)的發(fā)射功率（PTs）、發(fā)射與接收天線的增益（GTs，GRs）、干擾的傳輸路徑損耗（Lj）、干擾與信號(hào)的時(shí)域、頻域和極化的重合損耗（LfLtLp），以及減小信號(hào)的傳輸路徑損耗（Ls）都可以降低接收機(jī)的輸入擾信比，減小系統(tǒng)受干擾影響的程度，提高信息傳輸?shù)目煽啃浴Tj、GTj、GRj參數(shù)往往由干擾方控制，唄干擾方無(wú)法隨意改變。

（2）體高系統(tǒng)的干擾容限

一般接收機(jī)模型的干擾容限可以表示成：

因而，通過(guò)提高Gp，降低Lsys、 就可以提高系統(tǒng)的干擾容限，從而提高系統(tǒng)抗干擾能力。

三、直接序列擴(kuò)頻技術(shù)

1.直擴(kuò)系統(tǒng)的抗多徑干擾性能

直擴(kuò)系統(tǒng)能夠同步鎖定在最強(qiáng)的直達(dá)路徑的電波上。其它有延遲到達(dá)的電波，由于相關(guān)解擴(kuò)的作用，只起到噪聲干擾的作用。這就是利用PN碼的自相關(guān)特性，只要延遲超過(guò)半個(gè)PN碼時(shí)片，其相關(guān)值就很小，可作為噪聲來(lái)對(duì)待。另外，如果采用不同時(shí)延的匹配濾波器，把多徑信號(hào)分離出來(lái)，還可以變害為利，將這些多徑信號(hào)在相位上對(duì)齊相加，起到增加接收信號(hào)能量的作用。因此，直擴(kuò)系統(tǒng)是一種有效的抗多徑干擾的通信系統(tǒng)。

2.擴(kuò)頻序列通信系統(tǒng)的同步原理

任何數(shù)字通信系統(tǒng)都是離散信號(hào)的傳輸，要求收發(fā)兩端信號(hào)在頻率上相同和相位上一致，才能正確地解調(diào)出信息。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)也不例外。一個(gè)相干擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)，接收端與發(fā)送端必須實(shí)現(xiàn)信息碼元同步、PN碼碼元和序列同步和射頻載頻同步。只有實(shí)現(xiàn)了這些同步，直擴(kuò)系統(tǒng)才能正常的工作?？梢哉f(shuō)沒(méi)有同步就沒(méi)有擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。

同步系統(tǒng)是擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。信息碼元時(shí)鐘可以和PN碼元時(shí)鐘聯(lián)系起來(lái)，有固定的關(guān)系，一個(gè)實(shí)現(xiàn)了同步，另一個(gè)自然也就同步了。對(duì)于載頻同步來(lái)說(shuō)，主要是針對(duì)相干解調(diào)的相位同步而言。常見(jiàn)的載頻提取和跟蹤的方法都可采用，例如用跟蹤鎖相環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)載頻同步。因此，這里我們只需討論P(yáng)N碼碼元和序列的同步。同步系統(tǒng)的作用就是要實(shí)現(xiàn)本地產(chǎn)生的PN碼與接收到的信號(hào)中的PN碼同步，即頻率上相同，相位上一致。同步過(guò)程一般說(shuō)來(lái)包含兩個(gè)階段：

（1）接收機(jī)在一開(kāi)始并不知道對(duì)方是否發(fā)送了信號(hào)，因此，需要有一個(gè)搜捕過(guò)程，即在一定的頻率和時(shí)間范圍內(nèi)搜索和捕獲用信號(hào)。這一階段也稱為起始同步或粗同步，也就是要把對(duì)方發(fā)來(lái)的信號(hào)與本地信號(hào)在相位之差納入同步保持范圍內(nèi)，即在PN碼一個(gè)時(shí)片內(nèi)。

（2）一旦完成這一階段后，則進(jìn)入跟蹤過(guò)程，即繼續(xù)保持同步，不因外界影響而失去同步。也就是說(shuō)，無(wú)論由于何種因素兩端的頻率和相位發(fā)生偏移，同步系統(tǒng)能加以調(diào)整，使收發(fā)信號(hào)仍然保持同步。

如果由于采種原因引起失步，則重新開(kāi)始新的一輪搜捕和跟蹤過(guò)程。因此，整個(gè)同步過(guò)程是包含搜捕和跟蹤兩個(gè)階段閉環(huán)的自動(dòng)控制和調(diào)整過(guò)程。

四、SAWTDL在擴(kuò)頻系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.SAWTDL-DL 解擴(kuò)解調(diào)器

在數(shù)字?jǐn)U頻系統(tǒng)中， 用模擬的方法進(jìn)行解擴(kuò)， 經(jīng)常使用SAWTDL作為匹配濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)， 而解調(diào)則常采用非相干檢測(cè)方式。采用SAWTDL-DL作為解擴(kuò)解調(diào)（差分相干）器， 可以免除直擴(kuò)系統(tǒng)和相干檢測(cè)中較難處理的偽碼同步和載波同步， 同時(shí)還可以減少聲表面波器件的數(shù)量， 從而降低系統(tǒng)成本。SAWTDL-DL的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。IDTin為輸入叉指換能器， 其結(jié)構(gòu)與輸入的擴(kuò)頻中頻信號(hào)相匹配。IDTo1為輸出叉指換能器1， 輸入信號(hào)與IDTin相匹配時(shí)， 在IDTo1上形成中頻相關(guān)輸出。由IDTin 和IDTo1 構(gòu)成了SAWTDL。IDTo2為輸出叉指換能器2， 其輸出為與IDTo 1輸出有一定延時(shí)（ DL） T 的中頻相關(guān)信號(hào)（ 包絡(luò)相同， 中頻時(shí)延） ， T 的大小取決于IDTo1與IDTo 2之間的距離， 通常取T 等于信號(hào)碼元寬度。SAWTDL-DL結(jié)構(gòu)與分開(kāi)的SAWTDL和DL相比， 減少了聲-電轉(zhuǎn)換的次數(shù)， 避免了由此引起的信噪比的惡化， 同時(shí)省去了用分開(kāi)的SAWTDL和DL 所需的補(bǔ)償放大器， 對(duì)減小體積和成本都有好處。

SAWTDL-DL結(jié)構(gòu)示意圖

用SAWTDL-DL實(shí)現(xiàn)的解擴(kuò)解調(diào)器模型如下圖所示.輸入的擴(kuò)頻中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)SAWTDL相關(guān)解擴(kuò)后， 從IDTo1和IDTo2輸出兩個(gè)具有一定時(shí)延的中頻相關(guān)峰信號(hào)， 再經(jīng)過(guò)相乘和低通濾波， 實(shí)現(xiàn)差分相干解調(diào)。實(shí)際上， 為了進(jìn)一步縮小體積， 還可以把相乘器和低通濾波器都做在同一SAW基片上。

SAWTDL-DL解擴(kuò)解調(diào)器模型

2.基于SAWTDL-DL 的擴(kuò)頻系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

對(duì)基于SAWT DL-DL 解擴(kuò)解調(diào)器的無(wú)線網(wǎng)橋進(jìn)行了測(cè)試， 其數(shù)據(jù)速率為R = 500 kbit / s.文件傳輸速率及吞吐率的測(cè)試：雙向傳輸時(shí)， 文件傳輸速率為160～170 kbit / s， 文件傳輸吞吐率S 為0. 32～0. 34，單向傳輸時(shí)， 文件傳輸速率為300 kbit / s， 文件傳輸吞吐率S 為0. 6。由于存在傳輸和網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷， 因此， 雙向和單向傳輸?shù)男蕰?huì)有所下降?！?/p>

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