脉冲干扰对超宽带通信干扰效果分析＊

覃振江 王昌宝 毕大庆

（电子工程学院 合肥 230037）

1 引言

超宽带（Ultra Wide Band，UWB）通信是一种以无载波的类高斯脉冲作为信息载体的新型通信体制［1］。它具有频带宽、传输速率高、平均功率低、保密性好以及抗干扰性能强的特点［2］。近几年，超宽带（UWB）通信在国外尤其是美国的军事通信领域得到了广泛的应用，对超宽带通信的干扰将成为通信对抗领域面临的重要课题［3］。本文针对THPPM-UWB体制通信信号，理论上对脉冲干扰对该通信体制的影响进行了分析，并运用MATLAB对干扰效果进行了仿真，仿真结果表明，在给定干扰功率下，通过合理选择脉冲干扰信号的脉冲重复周期和脉冲宽度，能够对超宽带（UWB）系统形成有效的干扰。

2 系统模型

超宽带通信的典型调制方式是脉冲位置调制（Pulse Position Modulation，PPM），通过跳时码（TH）获得多址容量，TH-PPM-UWB通信系统的基本组成框图如图1所示［4］。

图1 TH-PPM-UWB通信系统的基本组成框图

发送波形表达式如下：

式中g（t）是发送的单周期脉冲，其持续时间设为Tm。Tf为脉冲重复周期，Tm≪Tf，bi是0、1信息序列，ε表示由信息序列控制的发射脉冲时延，每Ns个单周期脉冲波形传送一个二进制符号，cjTc是由伪随机码控制的发射脉冲时延，其中0≤cj≤Nmax，Nmax·Tc＋ε≤Tf。

在接收端，采用接收体制为相关接收，相关解调的模板信号为［5］：

3 脉冲干扰分析

3.1 脉冲干扰信号产生

脉冲干扰信号工作时间短促，可以获得很大的峰值功率，使接收机解调之后发生突发性错误。脉冲干扰信号一般都经过宽带噪声信号调制，其干扰策略类似于部分频带噪声干扰，只不过前者是时间上的一部分，后者是频谱上的一部分［6］。图2是脉冲干扰信号的产生模块。

图2 脉冲干扰信号的产生模块

3.2 脉冲干扰分析

脉冲干扰是由一连串周期重复的窄脉冲组成的干扰信号，要注意的是这种脉冲干扰是有载波调制的射频脉冲，脉冲宽度为τ，脉冲重复周期为T，脉冲幅度为AJ。这样的脉冲信号可以表示为［7］：

式中g（t）为宽度为τ的矩形函数，fJ为载波频率，φ0为初始相位。该周期信号的傅里叶变换为（设φ0＝0）：

式中ωJ＝2πfJ，GT（ω）为周期性矩形脉冲串的傅里叶变换，由下式给出：

其中G（ω）为矩形脉冲的傅里叶变换，由下式给出：

也就是说，重复周期为T的脉冲干扰信号，其傅里叶变换由间隔为ω0＝2π／T的冲激序列组成，冲激序列的幅度为

则脉冲信号的单边功率谱可以表示为

假设解调模板信号中由伪随机码控制的各周期中脉冲起点位置为p1，p2，…，pNs，其中pi＝（i－1）Tf＋ciTc，i＝1，2，…，则相关器的传输函数的模为［9］

式中，ε表示由信息序列控制的发射脉冲时延，F（ω）为接收脉冲的幅度谱。

相关器输出的干扰信号的单边功率谱为

解调后输出的干扰信号的功率为

将式（10）带入上式，得到

每比特信号解调输出的信号功率为［10］

Ns为每个比特映射的脉冲数。

输出信干比为

系统误码率为

由上式可见，脉冲干扰的干扰效果相当于把总功率分配到不同音调上的多音干扰效果的总和，与功率谱中各离散谱线的位置（nω0＋ωc）和τ有关。

4 干扰性能仿真与分析

仿真条件：在AWGN信道下，信噪比取8dB，发射脉冲为实际中最普遍采用的高斯脉冲二阶导函数，平均发射功率Pow为－30dBm，平均脉冲重复周期（帧周期）Tf为3ns，每个比特映射的脉冲数Ns为3个，码片时间Tc为1ns，跳时码的最大值上界Nmax为3，周期Np为5，冲激响应持续时间（脉宽）Tm为0.5ns，脉冲波形形成因子α为0.25ns，PPM时移ε为0.5ns，采样频率fc为50GHz，取20000个bit进行仿真。

仿真分析：在相同的脉冲重复周期但不同占空比条件下，脉冲干扰信号对超宽带通信性能的影响，并与宽带噪声干扰信号（即占空比为1时的脉冲干扰信号）进行了比较，实验结果如图3所示。

图3 相同的脉冲重复周期不同占空比时的仿真结果

仿真结果分析与结论：不同占空比条件下的脉冲干扰信号对超宽带通信的影响应分两种情况进行讨论，一是在小信干比（信干比小于－18dB）情况下，脉冲干扰信号的占空比越小，干扰效果越差。二是在大信干比（信干比大于－8dB）情况下，干扰效果正相反，脉冲占空比越小，干扰效果越好。说明在通信信号功率不变的情况下，随着干扰信号功率的减小，小占空比脉冲干扰信号的优势越来越明显。因此在实际应用中，应依据接收机处的信干比情况，合理选取脉冲干扰信号的占空比，以达到更好的干扰效果。

图4仿真了不同脉冲重复周期和工作比（占空比）情况下脉冲干扰对超宽带通信系统的比特误码率曲线图。

图4 不同脉冲重复周期和工作比干扰仿真图

仿真结果分析如下：在工作比（占空比）低端（＜40%）和高端（60%90%）时，选择较小的脉冲重复周期时干扰效果更好，在工作比（40%60%）时，脉冲重复周期的选择对干扰影响不大。因此在实际应用中，应依据不同的占空比，合理选取脉冲干扰信号的脉冲重复周期，以达到更好的干扰效果。

5 结语

本文从通信干扰角度出发，简单地介绍了超宽带通信的系统模型，针对TH-PPM-UWB通信体制，设计了脉冲干扰信号产生模块，理论分析了脉冲干扰的干扰效果，并运用MATLAB仿真软件，对干扰效果进行了仿真和分析，给出了有益的结论，为实现对超宽带（UWB）通信干扰的实装研制打下理论基础，具有一定的参考价值。

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