基于廣義加擾的時(shí)域壓縮擴(kuò)頻抗干擾能力增強(qiáng)方法

石 榮

(電子信息控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610036)

0 引言

直接序列擴(kuò)頻技術(shù)在當(dāng)前的通信導(dǎo)航抗干擾工程中獲得了十分廣泛的應(yīng)用[1-2]，通過對信號(hào)頻譜帶寬的擴(kuò)展，不僅從整體上降低了頻域功率譜密度，也使其具備了抵抗頻域窄帶干擾的能力[3-4]。在許多公開發(fā)布的通信標(biāo)準(zhǔn)中都有直接序列擴(kuò)頻通信的應(yīng)用示例，包括各種地面移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)和衛(wèi)星通信標(biāo)準(zhǔn)等[5-6]。特別是在DVB-RCS標(biāo)準(zhǔn)中，為應(yīng)對移動(dòng)衛(wèi)星通信終端所遭受的各種衰落與自然環(huán)境干擾，針對移動(dòng)衛(wèi)星通信應(yīng)用發(fā)布了兩種擴(kuò)頻方式：一種是傳統(tǒng)的直接序列擴(kuò)頻；另一種是基于時(shí)域壓縮后多重復(fù)制的擴(kuò)頻[6]。前一種擴(kuò)頻方式已被大家所熟知，而且被大量文獻(xiàn)討論與研究[7-9]，但是對于后一種擴(kuò)頻方式的特性研究卻很少。

鑒于上述情況，本文在對傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻與基于時(shí)域壓縮后多重復(fù)制的擴(kuò)頻這兩種方式的特性簡要對比之上，指出時(shí)域壓縮擴(kuò)頻不僅具有傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻抵抗頻域窄帶干擾的突出能力，還具有抵抗時(shí)域脈沖干擾能力較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)該擴(kuò)頻方式工程實(shí)現(xiàn)簡潔、擴(kuò)頻增益控制靈活，為基于自適應(yīng)擴(kuò)頻傳輸?shù)恼J(rèn)知無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了新的技術(shù)途徑。盡管該擴(kuò)頻方式有上述優(yōu)勢，但也存在抗周期性重復(fù)干擾能力較弱的缺陷。針對這一問題，通過對DVB-RCS標(biāo)準(zhǔn)中原有的時(shí)域壓縮擴(kuò)頻處理后擴(kuò)頻信號(hào)頻譜特征的分析，指出多重復(fù)制產(chǎn)生的周期性帶來的頻域柵欄化譜線是造成其抗干擾能力下降的主要原因，提出了通過碼片級(jí)廣義加擾的改進(jìn)方法，消除了加擾后擴(kuò)頻信號(hào)的離散柵欄化線譜，使其頻域頻譜更加均勻，極大地提升了其抗周期性干擾的能力，并通過復(fù)制次數(shù)的調(diào)節(jié)進(jìn)行擴(kuò)頻增益的準(zhǔn)確控制，實(shí)現(xiàn)了通信傳輸中有效性與可靠性之間的良好平衡。

1 傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻及抗干擾特性

不失一般性，下面在數(shù)字復(fù)基帶條件下進(jìn)行討論，其分析結(jié)論可自然推廣至載波傳輸情形。各種基帶信號(hào)用離散采樣形式表示，以擴(kuò)頻碼片速率Rfc作為采樣率，一個(gè)擴(kuò)頻碼片對應(yīng)一個(gè)采樣點(diǎn)，復(fù)值廣義隨機(jī)直擴(kuò)序列記為cf(n)，n=1,2,…,Nf；Nf表示序列長度，且|cf(n)|=1，該序列的頻譜帶寬為Bcf；數(shù)據(jù)符號(hào)序列記為d(m)，m=1,2,…,Md，一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)有Nf個(gè)采樣點(diǎn)，數(shù)據(jù)符號(hào)序列的頻譜帶寬為Bd，且有下式成立：

Bcf=Bd·Nf。

(1)

由式(1)可知，Nf也對應(yīng)了擴(kuò)頻之后的信號(hào)相對于原信號(hào)而言，其頻譜帶寬擴(kuò)展的倍數(shù)。于是傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)通信的發(fā)射端生成的基帶擴(kuò)頻信號(hào)S1(k)，k=1,2,…,Md·Nf，如下：

(2)

式中，「·?表示向上取整函數(shù)，mod(a,b)為a對b的求模函數(shù)。經(jīng)過擴(kuò)頻的信號(hào)S1(k)在接收端同步后與共軛的擴(kuò)頻序列相乘，即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解擴(kuò)，得到數(shù)據(jù)序列如下：

(3)

圖1 解擴(kuò)前后各信號(hào)的頻譜帶寬的變化Fig.1 Spectrum bandwidth change of the signals before and after de-spreading

圖1下部還展示了另一種直擴(kuò)信號(hào)抗干擾接收處理方法，即使用帶阻濾波器將窄帶干擾信號(hào)所占據(jù)的頻譜直接濾除，然后利用式(3)進(jìn)行解擴(kuò)，恢復(fù)原有數(shù)據(jù)序列的信息[10]。

由上可見，傳統(tǒng)直擴(kuò)信號(hào)具有較強(qiáng)的抵抗頻域窄帶干擾的能力，但是對于時(shí)域脈沖干擾，特別是干擾脈沖的頻域帶寬與擴(kuò)頻帶寬相近時(shí)，解擴(kuò)過程中對干擾信號(hào)的頻譜密度擴(kuò)展程度不明顯，導(dǎo)致其抗干擾能力降低，這也是傳統(tǒng)直擴(kuò)信號(hào)的一個(gè)不足。

2 時(shí)域壓縮擴(kuò)頻及抗干擾特性

時(shí)域壓縮擴(kuò)頻是DVB-RCS衛(wèi)星通信標(biāo)準(zhǔn)中給出的另一種擴(kuò)頻方式。仍然采用前面的預(yù)設(shè)條件，在傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻的數(shù)據(jù)符號(hào)序列d(m)中每一個(gè)符號(hào)有Nf個(gè)采樣點(diǎn)，其頻譜帶寬為Bd。如果將數(shù)據(jù)符號(hào)序列在時(shí)域上進(jìn)行壓縮，壓縮之后按照一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的時(shí)間只持續(xù)一個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)序列記為dnew(m)，其頻譜帶寬為Bnew。按照傅里葉變換的性質(zhì)可知，在時(shí)域壓縮后，信號(hào)的頻域頻譜就會(huì)對應(yīng)擴(kuò)展，且有下式成立：

Bnew=Bd·Nf。

(4)

由此可見，通過在時(shí)域上壓縮Nf倍，直接使得壓縮之后的信號(hào)頻帶擴(kuò)展了Nf倍。與傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻中的式(1)對比可見：

Bnew=Bcf。

(5)

由式(5)可知，通過時(shí)域壓縮同樣達(dá)到了展寬原始信號(hào)帶寬的擴(kuò)頻效果。顯然上述時(shí)域壓縮之后的整個(gè)數(shù)據(jù)序列時(shí)間長度僅有Md個(gè)采樣點(diǎn)，為了保持與原信號(hào)相同的持續(xù)時(shí)間，采用多重復(fù)制方法進(jìn)行時(shí)域擴(kuò)展，在重復(fù)復(fù)制Nf次之后，最終生成擴(kuò)頻信號(hào)S2(γ)，γ=1,2,…,Md·Nf，表示如下：

S2(γ)=dnew(mod(γ-1,Md)+1)。

(6)

通過時(shí)域壓縮多重復(fù)制后的擴(kuò)頻信號(hào)S2(γ)與傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻生成的信號(hào)S1(k)具有相同的持續(xù)時(shí)間和相同的信號(hào)帶寬。

在接收端同步之后對S2(γ)進(jìn)行解擴(kuò)時(shí)，首先對Md·Nf個(gè)采樣點(diǎn)按照數(shù)據(jù)符號(hào)出現(xiàn)的先后次序進(jìn)行重排，然后以原有數(shù)據(jù)符號(hào)序列所占帶寬Bd作為窄帶濾波帶寬進(jìn)行濾波，即可恢復(fù)原始的數(shù)據(jù)符號(hào)序列：

d(m)=Flp[S2(Md·n+m)|按序號(hào)n重排]，

(7)

式中，F(xiàn)lp[·]表示低通濾波函數(shù)。在上述解擴(kuò)過程中，信號(hào)的頻譜寬度由Bnew重新縮小為Bd。如果S2(γ)遭受時(shí)域脈沖干擾，一方面可直接按照式(7)進(jìn)行解擴(kuò)，使得脈沖干擾信號(hào)被分割散布，再經(jīng)過低通濾波后大幅度降低干擾能量，從而提高了信干比；另一方面也可以通過時(shí)域脈沖檢測，定位出干擾脈沖所在時(shí)段，將干擾時(shí)段的信號(hào)幅值直接置零來消除脈沖干擾信號(hào)，再按式(7)進(jìn)行重排后實(shí)施帶寬為Bd的濾波操作，也可恢復(fù)出數(shù)據(jù)序列，這一過程如圖2所示。

圖2 抗脈沖干擾中解擴(kuò)前后時(shí)域信號(hào)的變化Fig.2 Signal change in time domain before and after de-spreading in anti pulse jamming

由上可見，時(shí)域壓縮多重復(fù)制擴(kuò)頻利用解擴(kuò)時(shí)的時(shí)域重排可將受到脈沖干擾的影響時(shí)段分散到信號(hào)的整個(gè)持續(xù)時(shí)長范圍內(nèi)，從而減輕了脈沖干擾對少數(shù)復(fù)制樣本的影響，提高了整體抗干擾性能。

盡管時(shí)域壓縮擴(kuò)頻具有較強(qiáng)的抵抗脈沖干擾能力，但如果干擾方利用其周期性信號(hào)復(fù)制的特點(diǎn)，將干擾信號(hào)也按照同一周期實(shí)施復(fù)制，則會(huì)使得干擾信號(hào)的頻譜與時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜高度重疊，而且通過解擴(kuò)過程中的時(shí)域采樣點(diǎn)重排也無法消除干擾信號(hào)，即時(shí)域壓縮擴(kuò)頻對具有同周期復(fù)制特性的連續(xù)波干擾抵抗能力較弱。

3 通過廣義加擾提升抗干擾能力

如前所述，時(shí)域壓縮多重復(fù)制信號(hào)S2(γ)是通過對同一個(gè)壓縮信號(hào)樣本的多次復(fù)制生成的，根據(jù)傅里葉變換的性質(zhì)可知：信號(hào)在時(shí)域的周期性復(fù)制使其頻域頻譜出現(xiàn)離散的柵欄化線譜，如圖3上部所示。而具有相同重復(fù)周期的干擾信號(hào)在頻域中也呈現(xiàn)出相同的柵欄化線譜。在接收端干擾信號(hào)與通信信號(hào)的線譜發(fā)生重疊時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生干擾效果，而且重疊度越大，干擾效果就越強(qiáng)烈。

圖3 周期性復(fù)制造成頻域中柵欄化線譜效應(yīng)Fig.3 Periodic duplication causes palisade line spectrum effect in frequency domain

為了消除時(shí)域壓縮多重復(fù)制擴(kuò)頻信號(hào)在頻域出現(xiàn)的柵欄化線譜特征，增強(qiáng)其抵抗同周期干擾的能力，提出對時(shí)域壓縮多重復(fù)制信號(hào)S2(γ)進(jìn)行碼片級(jí)廣義加擾處理，擾碼序列設(shè)置為模值為1的復(fù)值隨機(jī)序列cs(γ)，γ=1,2,…,Md·Nf，且|cs(γ)|=1，該信號(hào)的相位在[0,2π)范圍均勻分布。碼片級(jí)加擾之后生成的信號(hào)S3(γ)如下：

S3(γ)=S2(γ)·cs(γ)。

(8)

顯然，加擾之后的信號(hào)不再具有周期性，其頻譜將變化為如圖3下部所示，這一頻譜形狀與圖1中的傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜形狀完全一樣。接收端在接收到信號(hào)S3(γ)之后進(jìn)行如下的同步解擾處理即可恢復(fù)信號(hào)S2(γ)：

(9)

如果在接收端遭受同周期的干擾信號(hào)攻擊，按照式(9)的解擾操作，需要接收的通信信號(hào)將恢復(fù)至圖3所示的線譜狀態(tài)；而周期性的干擾信號(hào)將會(huì)由于二次加擾效應(yīng)，頻譜會(huì)從線譜擴(kuò)展成平坦連續(xù)譜，且局部的頻譜密度將會(huì)降低。這樣一來，通信信號(hào)的頻譜與干擾信號(hào)的頻譜將得到極大的區(qū)分。另一方面，還可以在實(shí)施進(jìn)一步的重排解擴(kuò)之前，將接收到的信號(hào)由時(shí)域變換至頻域。由圖3可知，保留通信信號(hào)的柵欄化線譜，而將線譜之間的頻譜位置通過置零操作抵消干擾信號(hào)所帶來的影響。在對通信信號(hào)的柵欄化線譜之外的頻譜置零之后，將處理后的信號(hào)變換回時(shí)域；然后再按照第2節(jié)中所述的時(shí)域壓縮多重復(fù)制信號(hào)的解擴(kuò)流程進(jìn)行處理，即可恢復(fù)出原有的數(shù)據(jù)序列。

此處需要補(bǔ)充說明的是：如果在接收端同時(shí)遭受了脈沖干擾與連續(xù)性干擾這兩種干擾信號(hào)，抗干擾的策略有兩種：第一種是定位出脈沖干擾所在時(shí)段，將這一受干擾時(shí)段的信號(hào)置零后去除，然后再進(jìn)行解擾解擴(kuò)；第二種是直接進(jìn)行解擾解擴(kuò)。第一種方法適合于脈沖干擾能量較大時(shí)的情形；第二種方法適合于脈沖干擾能量較小時(shí)的情形。在實(shí)際應(yīng)用中也可以分別采用兩種方法，通過后續(xù)處理結(jié)果的對比來進(jìn)行選擇。

4 通過重復(fù)次數(shù)的調(diào)節(jié)控制擴(kuò)頻增益

在前述時(shí)域壓縮多重復(fù)制擴(kuò)頻通信的應(yīng)用中，原始信號(hào)在時(shí)間軸上壓縮之后進(jìn)行復(fù)制的次數(shù)是一個(gè)確定值，即等于傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻中一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)所包含的擴(kuò)頻碼片的個(gè)數(shù)Nf。這一方式使得時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)與傳統(tǒng)的直接序列擴(kuò)頻信號(hào)具有相同的持續(xù)時(shí)間、頻譜帶寬、信息傳輸速率和擴(kuò)頻增益。

實(shí)際上第一次時(shí)域壓縮之后的信號(hào)帶寬已經(jīng)與傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻信號(hào)帶寬一致，后續(xù)在時(shí)域中重復(fù)復(fù)制的次數(shù)可以根據(jù)外界干擾信號(hào)出現(xiàn)的情況來靈活調(diào)節(jié)。設(shè)復(fù)制的次數(shù)為Nrep，則新信號(hào)在持續(xù)時(shí)間內(nèi)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)Nnew為：

Nnew=Md·Nrep。

(10)

由此可見，新信號(hào)的擴(kuò)頻增益與其復(fù)制次數(shù)Nrep完全相等可以通過調(diào)節(jié)復(fù)制次數(shù)來實(shí)現(xiàn)時(shí)域壓縮擴(kuò)頻增益的靈活控制。

從本質(zhì)上講，時(shí)域壓縮擴(kuò)頻的擴(kuò)頻碼速率與傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻是相同的，不同的是數(shù)據(jù)符號(hào)的傳輸速率，后者的數(shù)據(jù)符號(hào)速率Rf是一個(gè)固定值，但前者通過重復(fù)次數(shù)控制使得數(shù)據(jù)符號(hào)Rt的速率靈活可調(diào)，Rf與Rt之間的關(guān)系如下：

Rt·Nrep=Rf·Nf。

(11)

由式(11)可知：當(dāng)重復(fù)次數(shù)Nrep=Nf時(shí)，時(shí)域壓縮擴(kuò)頻的數(shù)據(jù)符號(hào)速率與原信號(hào)相同，即Rt=Rf；當(dāng)NrepRf；當(dāng)Nrep>Nf時(shí)，Rt

這樣的好處在于：通信雙方可以根據(jù)當(dāng)前電磁環(huán)境中干擾信號(hào)的強(qiáng)弱來靈活控制擴(kuò)頻增益的大小，從而達(dá)到自適應(yīng)抗干擾通信傳輸?shù)哪康?。?dāng)外界的干擾信號(hào)很強(qiáng)，信道傳輸條件惡劣時(shí)，可通過降低數(shù)據(jù)符號(hào)傳輸速率，增加時(shí)域壓縮后的重復(fù)復(fù)制次數(shù)來提升其擴(kuò)頻增益，增強(qiáng)抗干擾能力；當(dāng)外界的干擾信號(hào)很弱，信道傳輸條件較好時(shí)，可以增加數(shù)據(jù)符號(hào)傳輸速率，減少時(shí)域壓縮后的重復(fù)復(fù)制次數(shù)。雖然此時(shí)抗干擾能力下降，但外界的干擾本身就不強(qiáng)，所以仍可實(shí)現(xiàn)更高速率的通信傳輸。綜上所述，這一方式最終達(dá)到了通信系統(tǒng)有效性與可靠性這兩類指標(biāo)之間的良好平衡。

5 仿真驗(yàn)證

仿真條件：采樣率為200 MHz，通信發(fā)射端傳輸一段5 ms時(shí)長的QPSK基帶信號(hào)，數(shù)據(jù)符號(hào)速率為20 ksps，其信號(hào)頻譜如圖4所示。

圖4 時(shí)域壓縮前5 ms信號(hào)的頻譜圖Fig.4 Signal spectrum before time dowmain compression

依上述方法，將該信號(hào)在時(shí)間軸上壓縮1 000倍后時(shí)長變?yōu)? μs，其符號(hào)速率提高了1 000倍，變?yōu)?0 Msps。時(shí)域壓縮之后的信號(hào)頻譜如圖5所示。對比圖4與圖5可見，時(shí)域壓縮除了造成信號(hào)帶寬擴(kuò)展之外，在頻譜形狀上幾乎沒有大的改變。

圖5 時(shí)域壓縮前后信號(hào)的頻譜圖Fig.5 Signal spectrum after time domain compression

將壓縮信號(hào)重復(fù)復(fù)制1 000次得到時(shí)長5 ms的時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)，其信號(hào)頻譜及其局部放大如圖6所示。由圖6可知，周期性復(fù)制使得頻域上出現(xiàn)線譜特征，各條離散譜線之間間隔20 kHz。仿真結(jié)果與前述理論分析結(jié)果是完全一致的。

圖6 時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜圖Fig.6 Spectrum of the time domain compressed spread spectrum signal

如果圖6所示的時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)遭受頻域窄帶干擾，按照前文所述的抗干擾處理方法，在頻域?qū)⒄瓗Ц蓴_所占據(jù)的頻譜位置通過帶阻濾波器濾除，其頻譜如圖7所示。由圖7可知，頻譜中有一段約1.6 MHz的空白頻段，這就是濾除干擾之后遺留的頻譜空洞。

圖7 濾除窄帶干擾之后的時(shí)域壓縮信號(hào)的頻譜圖Fig.7 Spectrum of the time domain compressed spread spectrum signal after filtering narrow band jamming

對濾除頻域窄帶干擾后的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，并解調(diào)，所得到的星座圖如圖8所示(星座圖坐標(biāo)按電壓單位標(biāo)注，以下同)。由圖8可見，雖然星座點(diǎn)的凝聚性有所降低，但仍然可以實(shí)現(xiàn)正確解調(diào)，所以與傳統(tǒng)的直接序列擴(kuò)頻信號(hào)一樣，時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)具有較強(qiáng)的抵抗頻域窄帶干擾的能力。

圖8 濾除窄帶干擾后信號(hào)解擴(kuò)解調(diào)的星座圖Fig.8 Constellation for de-spreading and demodulation of the signal after filtering narrow band jamming

如果對上述時(shí)長為5 ms的時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)施加時(shí)長為0.5 ms的時(shí)域脈沖干擾，按照前文所述的抗干擾處理方法，將受脈沖干擾的時(shí)段去掉之后實(shí)施解擴(kuò)，并進(jìn)行解調(diào)，所得到的星座圖如圖9(a)所示。為了進(jìn)行對比，將具有同樣擴(kuò)頻處理增益的傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻信號(hào)遭受同樣強(qiáng)度的時(shí)域脈沖干擾后，解擴(kuò)解調(diào)的星座圖展現(xiàn)如圖9(b)所示，圖中明顯可觀察到10個(gè)散亂的星座點(diǎn)，這與前面0.5 ms的時(shí)域脈沖干擾時(shí)段是直接對應(yīng)的。由這兩項(xiàng)對比性仿真可見：時(shí)域壓縮擴(kuò)頻相對于傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻具有更強(qiáng)的抵抗時(shí)域脈沖干擾的性能。

圖9 時(shí)域壓縮擴(kuò)頻與傳統(tǒng)直擴(kuò)抗脈沖干擾性能對比Fig.9 Anti pulse jamming performance comparison between time domain compressed spread spectrum and traditional DSSS

如果對上述時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)實(shí)施同周期的寬帶干擾，干信比約為10 dB，疊加干擾后的時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜如圖10所示。

圖10 遭受周期性寬帶干擾的信號(hào)的頻譜圖Fig.10 Signal spectrum under periodic wide band jamming

如圖10可見，干擾信號(hào)頻譜與時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)頻譜幾乎完全重疊，在此條件下解擴(kuò)并解調(diào)之后的信號(hào)星座圖如圖11所示。由圖11可見，星座圖完全處于散亂狀態(tài)，無法恢復(fù)原有的調(diào)制信息。

圖11 遭受周期性寬帶干擾后信號(hào)解擴(kuò)解調(diào)的星座圖Fig.11 Constellation for de-spreading and demodulation of the signal under periodic wide band jamming

為了提升時(shí)域壓縮擴(kuò)頻抗周期性干擾的性能，按照前文所述方法，在時(shí)域壓縮多重復(fù)制之后進(jìn)行廣義加擾處理，加擾后的擴(kuò)頻信號(hào)頻譜如圖12所示。對比圖12與圖6可知，在加擾之后消除了原有擴(kuò)頻信號(hào)因周期性復(fù)制而產(chǎn)生的柵欄化線譜，使得頻譜分布更加均勻，這與理論分析得到的圖3是一致的。

圖12 廣義加擾后時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜圖Fig.12 Spectrum of the time domain compressed spread spectrum signal after general scrambling

如果加擾后時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)遭受同周期的寬帶干擾，在此條件下接收端對混有干擾的信號(hào)實(shí)施解擾，解擾之后的信號(hào)頻譜及其局部放大如圖13所示。由圖可知，解擾處理又部分恢復(fù)了原有時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)所特有的線譜特征。對解擾之后的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)并解調(diào)，恢復(fù)的星座圖如圖14所示。由圖14可知，星座圖的凝聚性較好，可獲得無誤碼的調(diào)制符號(hào)序列。

圖13 遭受周期性寬帶干擾、解擾后的時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜圖Fig.13 Spectrum of de-scrambled time domain compressed spread spectrum signal under periodic wide band jamming

圖14 遭受周期性寬帶干擾并解擾解擴(kuò)解調(diào)的星座圖Fig.14 Constellation for de-scrambling,de-spreading and demodulation of signals under periodic wide band jamming

圖14顯示的星座圖凝聚性較好，這同時(shí)說明擴(kuò)頻增益較高。如前所述，時(shí)域壓縮擴(kuò)頻的擴(kuò)頻增益可以通過對壓縮之后信號(hào)復(fù)制次數(shù)來調(diào)節(jié)，圖14所對應(yīng)信號(hào)的重復(fù)次數(shù)為1 000次，擴(kuò)頻增益高達(dá)30 dB。如果將重復(fù)次數(shù)減小為10次，則擴(kuò)頻增益也同時(shí)降低為10 dB，此時(shí)解擾解擴(kuò)解調(diào)之后的星座圖如圖15所示。由圖15可見，在干信比10 dB，擴(kuò)頻增益同樣為10 dB的條件下，干擾仍然有效。

圖15 10次重復(fù)復(fù)制情況下解擾解擴(kuò)解調(diào)的星座圖Fig.15 Constellation forde-scrambling,de-spreading and demodulation of the signal after duplication of 10 times

為了既消除干擾，又保持適當(dāng)?shù)闹貜?fù)次數(shù)，選取擴(kuò)頻增益為23 dB，對應(yīng)重復(fù)次數(shù)為200次，此時(shí)解擾解擴(kuò)解調(diào)之后的星座圖如圖16所示。由圖16可見，盡管星座圖凝聚性一般，但是還可以分辨出QPSK的4個(gè)象限，確保了解調(diào)判決的正確性。

圖16 200次重復(fù)復(fù)制情況下解擾解擴(kuò)解調(diào)的星座圖Fig.16 Constellation forde-scrambling,de-spreading and demodulation of the signal after duplication of 200 times

圖14中的擴(kuò)頻增益為30 dB，時(shí)長5 ms，信息符號(hào)傳輸速率為20 ksps，傳輸無誤碼；圖15中的擴(kuò)頻增益為10 dB，時(shí)長50 μs，信息符號(hào)傳輸速率為2 Msps，誤碼率很高；圖16中的擴(kuò)頻增益為23 dB，時(shí)長1 ms，信息符號(hào)傳輸速率為100 ksps，同樣傳輸無誤碼。由以上對比可知：時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)可以通過重復(fù)次數(shù)的合理選取來控制擴(kuò)頻增益，從而達(dá)到抗干擾性能與信息傳輸速率之間的合理平衡。

6 結(jié)束語

時(shí)域壓縮擴(kuò)頻相對于傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻來講，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)為：不僅具有較強(qiáng)的抵抗時(shí)域脈沖干擾的能力，而且擴(kuò)頻增益控制靈活，是未來智能化抗干擾通信系統(tǒng)構(gòu)建的重要通信傳輸方式之一。進(jìn)一步增強(qiáng)時(shí)域壓縮擴(kuò)頻的抗干擾能力，將有利于該通信方式的工程推廣應(yīng)用。本文針對時(shí)域壓縮擴(kuò)頻抗同周期寬帶干擾能力不足的問題，提出了通過廣義加擾來消除其原有周期性產(chǎn)生的頻域離散柵欄化線譜特征，以進(jìn)一步提升其抗周期性干擾的性能。通過對時(shí)域壓縮后信號(hào)復(fù)制次數(shù)的準(zhǔn)確控制實(shí)現(xiàn)了對擴(kuò)頻增益的靈活調(diào)節(jié)，達(dá)到了信息傳輸速率與抗干擾能力之間的有效平衡，為自適應(yīng)抗干擾通信傳輸提供了新的技術(shù)途徑。最后通過仿真驗(yàn)證了前述理論分析的正確性與有效性，從而為時(shí)域壓縮擴(kuò)頻信號(hào)的抗干擾性能提升和工程優(yōu)化應(yīng)用提供了重要參考。