通信干擾技術的應用

鄭重

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

關鍵詞： MATLAB；通信干擾；抗干擾；直接序列

一、通信干擾的特點

對無線電通信過程的干擾是在無線電通信技術誕生之前就已經客觀存在了，如天線干擾和工業干擾等，但是人為有意的無線電干擾卻是在無線電通信技術成功應用于戰爭研究之后才發展起來的。其特點可歸納如下。

1.對抗性。通信干擾是為了破壞或擾亂敵方的無線電通信。其信號發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.進攻性。無線電通信是有源的、積極地、主動地，他千方百計的“殺入”到敵方通信系統內部，所以干擾是有進攻性的。

3.先進性。通信干擾每時每刻都以敵方為對象，因此它必須跟蹤敵方通信技術的最新發展，并且設法超過敵方，只有這樣才能開發出克敵制勝的通信干擾設備。

4.靈活性和預見性。作為對抗性武器，通信干擾系統逆序具備敵變我變的能力，現代戰場瞬息萬變，為了立于不敗之地，通信干擾系統的開發和研究必須注重功能的靈活性和發展的預見性。

5.技戰綜合性。通信干擾系統有如其他武器一樣，其作用不僅取決于技術性能的優良，在很大程度上還取決于其戰術使用方法。

6.綜合對抗性。無線電通信系統隨著現代化戰爭的發展，已從過去單獨的、分散的、局部的發展成為聯合的、一體的、全局的通信指揮系統。

7.工作頻帶寬。無線電通信干擾設備隨著現代軍事無線電技術的發展，需要覆蓋的頻率范圍已經相當寬，甚至可以達到十幾千赫到幾十千赫。

8.反應速度快。在跳頻通信、促發通信飛速發展的今天，目標信號在每一個頻率點上的駐留時間已經非常短促，這就要求通信干擾系統的反應速度十分迅速。

9.干擾技術難。雷達是以接收目標回波進行工作的，回波很微弱，干擾起來比較容易；而通信以直接波方式工作的，信號較強，所以對通信信號的干擾和壓制比雷達干擾需要更強大的功率。總之，通信干擾技術領域中需要解決的技術難題有很多。

二、通信抗干擾的原理

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

由干擾容限的定義可知，一個通信系統能正常工作的條件是

，式中 為接收機輸入擾信比；Mj是系統的干擾容限。當式不滿足時，通信系統無法正常通信。滿足時，通信質量好于最低要求，通信系統能正常通信。由此可知，可通過降低輸入擾信比和提高系統干擾容限來提高系統抗干擾能力。

（1）降低接收機輸入擾信比

有接收機輸入擾信比的關系式：

由公式可知，提高信號的發射功率（PTs）、發射與接收天線的增益（GTs，GRs）、干擾的傳輸路徑損耗（Lj）、干擾與信號的時域、頻域和極化的重合損耗（LfLtLp），以及減小信號的傳輸路徑損耗（Ls）都可以降低接收機的輸入擾信比，減小系統受干擾影響的程度，提高信息傳輸的可靠性。PTj、GTj、GRj參數往往由干擾方控制，唄干擾方無法隨意改變。

（2）體高系統的干擾容限

一般接收機模型的干擾容限可以表示成：

因而，通過提高Gp，降低Lsys、 就可以提高系統的干擾容限，從而提高系統抗干擾能力。

三、直接序列擴頻技術

1.直擴系統的抗多徑干擾性能

直擴系統能夠同步鎖定在最強的直達路徑的電波上。其它有延遲到達的電波，由于相關解擴的作用，只起到噪聲干擾的作用。這就是利用PN碼的自相關特性，只要延遲超過半個PN碼時片，其相關值就很小，可作為噪聲來對待。另外，如果采用不同時延的匹配濾波器，把多徑信號分離出來，還可以變害為利，將這些多徑信號在相位上對齊相加，起到增加接收信號能量的作用。因此，直擴系統是一種有效的抗多徑干擾的通信系統。

2.擴頻序列通信系統的同步原理

任何數字通信系統都是離散信號的傳輸，要求收發兩端信號在頻率上相同和相位上一致，才能正確地解調出信息。擴頻通信系統也不例外。一個相干擴頻數字通信系統，接收端與發送端必須實現信息碼元同步、PN碼碼元和序列同步和射頻載頻同步。只有實現了這些同步，直擴系統才能正常的工作。可以說沒有同步就沒有擴頻通信系統。

同步系統是擴頻通信的關鍵技術。信息碼元時鐘可以和PN碼元時鐘聯系起來，有固定的關系，一個實現了同步，另一個自然也就同步了。對于載頻同步來說，主要是針對相干解調的相位同步而言。常見的載頻提取和跟蹤的方法都可采用，例如用跟蹤鎖相環來實現載頻同步。因此，這里我們只需討論PN碼碼元和序列的同步。同步系統的作用就是要實現本地產生的PN碼與接收到的信號中的PN碼同步，即頻率上相同，相位上一致。同步過程一般說來包含兩個階段：

（1）接收機在一開始并不知道對方是否發送了信號，因此，需要有一個搜捕過程，即在一定的頻率和時間范圍內搜索和捕獲用信號。這一階段也稱為起始同步或粗同步，也就是要把對方發來的信號與本地信號在相位之差納入同步保持范圍內，即在PN碼一個時片內。

（2）一旦完成這一階段后，則進入跟蹤過程，即繼續保持同步，不因外界影響而失去同步。也就是說，無論由于何種因素兩端的頻率和相位發生偏移，同步系統能加以調整，使收發信號仍然保持同步。

如果由于采種原因引起失步，則重新開始新的一輪搜捕和跟蹤過程。因此，整個同步過程是包含搜捕和跟蹤兩個階段閉環的自動控制和調整過程。

四、SAWTDL在擴頻系統中的應用

1.SAWTDL-DL 解擴解調器

在數字擴頻系統中， 用模擬的方法進行解擴， 經常使用SAWTDL作為匹配濾波器來實現， 而解調則常采用非相干檢測方式。采用SAWTDL-DL作為解擴解調（差分相干）器， 可以免除直擴系統和相干檢測中較難處理的偽碼同步和載波同步， 同時還可以減少聲表面波器件的數量， 從而降低系統成本。SAWTDL-DL的結構示意圖如下圖所示。IDTin為輸入叉指換能器， 其結構與輸入的擴頻中頻信號相匹配。IDTo1為輸出叉指換能器1， 輸入信號與IDTin相匹配時， 在IDTo1上形成中頻相關輸出。由IDTin 和IDTo1 構成了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（ DL） T 的中頻相關信號（ 包絡相同， 中頻時延） ， T 的大小取決于IDTo1與IDTo 2之間的距離， 通常取T 等于信號碼元寬度。SAWTDL-DL結構與分開的SAWTDL和DL相比， 減少了聲-電轉換的次數， 避免了由此引起的信噪比的惡化， 同時省去了用分開的SAWTDL和DL 所需的補償放大器， 對減小體積和成本都有好處。

SAWTDL-DL結構示意圖

用SAWTDL-DL實現的解擴解調器模型如下圖所示.輸入的擴頻中頻信號經過SAWTDL相關解擴后， 從IDTo1和IDTo2輸出兩個具有一定時延的中頻相關峰信號， 再經過相乘和低通濾波， 實現差分相干解調。實際上， 為了進一步縮小體積， 還可以把相乘器和低通濾波器都做在同一SAW基片上。

SAWTDL-DL解擴解調器模型

2.基于SAWTDL-DL 的擴頻系統測試結果

對基于SAWT DL-DL 解擴解調器的無線網橋進行了測試， 其數據速率為R = 500 kbit / s.文件傳輸速率及吞吐率的測試：雙向傳輸時， 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， 文件傳輸速率為300 kbit / s， 文件傳輸吞吐率S 為0. 6。由于存在傳輸和網絡開銷， 因此， 雙向和單向傳輸的效率會有所下降。■

參考文獻

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