通信干扰技术的应用

郑重

摘 要： 本文主要讨论扩频技术中的直接序列扩频技术。直接序列（Direct Sequence，DS）扩频技术是将待传输信息信号与一个高速的伪随机码波形相乘后去直接控制射频载波的某一个参量，从而扩展了信号传输带宽的传输体制。

关键词： MATLAB；通信干扰；抗干扰；直接序列

一、通信干扰的特点

对无线电通信过程的干扰是在无线电通信技术诞生之前就已经客观存在了，如天线干扰和工业干扰等，但是人为有意的无线电干扰却是在无线电通信技术成功应用于战争研究之后才发展起来的。其特点可归纳如下。

1.对抗性。通信干扰是为了破坏或扰乱敌方的无线电通信。其信号发射目的不在于传送某种信息，而在于用干扰中携带的信息去压制和破坏敌方的通信。

2.进攻性。无线电通信是有源的、积极地、主动地，他千方百计的“杀入”到敌方通信系统内部，所以干扰是有进攻性的。

3.先进性。通信干扰每时每刻都以敌方为对象，因此它必须跟踪敌方通信技术的最新发展，并且设法超过敌方，只有这样才能开发出克敌制胜的通信干扰设备。

4.灵活性和预见性。作为对抗性武器，通信干扰系统逆序具备敌变我变的能力，现代战场瞬息万变，为了立于不败之地，通信干扰系统的开发和研究必须注重功能的灵活性和发展的预见性。

5.技战综合性。通信干扰系统有如其他武器一样，其作用不仅取决于技术性能的优良，在很大程度上还取决于其战术使用方法。

6.综合对抗性。无线电通信系统随着现代化战争的发展，已从过去单独的、分散的、局部的发展成为联合的、一体的、全局的通信指挥系统。

7.工作频带宽。无线电通信干扰设备随着现代军事无线电技术的发展，需要覆盖的频率范围已经相当宽，甚至可以达到十几千赫到几十千赫。

8.反应速度快。在跳频通信、促发通信飞速发展的今天，目标信号在每一个频率点上的驻留时间已经非常短促，这就要求通信干扰系统的反应速度十分迅速。

9.干扰技术难。雷达是以接收目标回波进行工作的，回波很微弱，干扰起来比较容易；而通信以直接波方式工作的，信号较强，所以对通信信号的干扰和压制比雷达干扰需要更强大的功率。总之，通信干扰技术领域中需要解决的技术难题有很多。

二、通信抗干扰的原理

干扰容限（Mj）定义为系统尚能工作时，接收机允许输入的最大扰信比，干扰容限反映系统在干扰环境中对干扰的耐受能力，其值与干扰方式、信号形式和接受方法有关。

由干扰容限的定义可知，一个通信系统能正常工作的条件是

，式中 为接收机输入扰信比；Mj是系统的干扰容限。当式不满足时，通信系统无法正常通信。满足时，通信质量好于最低要求，通信系统能正常通信。由此可知，可通过降低输入扰信比和提高系统干扰容限来提高系统抗干扰能力。

（1）降低接收机输入扰信比

有接收机输入扰信比的关系式：

由公式可知，提高信号的发射功率（PTs）、发射与接收天线的增益（GTs，GRs）、干扰的传输路径损耗（Lj）、干扰与信号的时域、频域和极化的重合损耗（LfLtLp），以及减小信号的传输路径损耗（Ls）都可以降低接收机的输入扰信比，减小系统受干扰影响的程度，提高信息传输的可靠性。PTj、GTj、GRj参数往往由干扰方控制，呗干扰方无法随意改变。

（2）体高系统的干扰容限

一般接收机模型的干扰容限可以表示成：

因而，通過提高Gp，降低Lsys、 就可以提高系统的干扰容限，从而提高系统抗干扰能力。

三、直接序列扩频技术

1.直扩系统的抗多径干扰性能

直扩系统能够同步锁定在最强的直达路径的电波上。其它有延迟到达的电波，由于相关解扩的作用，只起到噪声干扰的作用。这就是利用PN码的自相关特性，只要延迟超过半个PN码时片，其相关值就很小，可作为噪声来对待。另外，如果采用不同时延的匹配滤波器，把多径信号分离出来，还可以变害为利，将这些多径信号在相位上对齐相加，起到增加接收信号能量的作用。因此，直扩系统是一种有效的抗多径干扰的通信系统。

2.扩频序列通信系统的同步原理

任何数字通信系统都是离散信号的传输，要求收发两端信号在频率上相同和相位上一致，才能正确地解调出信息。扩频通信系统也不例外。一个相干扩频数字通信系统，接收端与发送端必须实现信息码元同步、PN码码元和序列同步和射频载频同步。只有实现了这些同步，直扩系统才能正常的工作。可以说没有同步就没有扩频通信系统。

同步系统是扩频通信的关键技术。信息码元时钟可以和PN码元时钟联系起来，有固定的关系，一个实现了同步，另一个自然也就同步了。对于载频同步来说，主要是针对相干解调的相位同步而言。常见的载频提取和跟踪的方法都可采用，例如用跟踪锁相环来实现载频同步。因此，这里我们只需讨论PN码码元和序列的同步。同步系统的作用就是要实现本地产生的PN码与接收到的信号中的PN码同步，即频率上相同，相位上一致。同步过程一般说来包含两个阶段：

（1）接收机在一开始并不知道对方是否发送了信号，因此，需要有一个搜捕过程，即在一定的频率和时间范围内搜索和捕获用信号。这一阶段也称为起始同步或粗同步，也就是要把对方发来的信号与本地信号在相位之差纳入同步保持范围内，即在PN码一个时片内。

（2）一旦完成这一阶段后，则进入跟踪过程，即继续保持同步，不因外界影响而失去同步。也就是说，无论由于何种因素两端的频率和相位发生偏移，同步系统能加以调整，使收发信号仍然保持同步。

如果由于采种原因引起失步，则重新开始新的一轮搜捕和跟踪过程。因此，整个同步过程是包含搜捕和跟踪两个阶段闭环的自动控制和调整过程。

四、SAWTDL在扩频系统中的应用

1.SAWTDL-DL 解扩解调器

在数字扩频系统中， 用模拟的方法进行解扩， 经常使用SAWTDL作为匹配滤波器来实现， 而解调则常采用非相干检测方式。采用SAWTDL-DL作为解扩解调（差分相干）器， 可以免除直扩系统和相干检测中较难处理的伪码同步和载波同步， 同时还可以减少声表面波器件的数量， 从而降低系统成本。SAWTDL-DL的结构示意图如下图所示。IDTin为输入叉指换能器， 其结构与输入的扩频中频信号相匹配。IDTo1为输出叉指换能器1， 输入信号与IDTin相匹配时， 在IDTo1上形成中频相关输出。由IDTin 和IDTo1 构成了SAWTDL。IDTo2为输出叉指换能器2， 其输出为与IDTo 1输出有一定延时（ DL） T 的中频相关信号（ 包络相同， 中频时延） ， T 的大小取决于IDTo1与IDTo 2之间的距离， 通常取T 等于信号码元宽度。SAWTDL-DL结构与分开的SAWTDL和DL相比， 减少了声-电转换的次数， 避免了由此引起的信噪比的恶化， 同时省去了用分开的SAWTDL和DL 所需的补偿放大器， 对减小体积和成本都有好处。

SAWTDL-DL结构示意图

用SAWTDL-DL实现的解扩解调器模型如下图所示.输入的扩频中频信号经过SAWTDL相关解扩后， 从IDTo1和IDTo2输出两个具有一定时延的中频相关峰信号， 再经过相乘和低通滤波， 实现差分相干解调。实际上， 为了进一步缩小体积， 还可以把相乘器和低通滤波器都做在同一SAW基片上。

SAWTDL-DL解扩解调器模型

2.基于SAWTDL-DL 的扩频系统测试结果

对基于SAWT DL-DL 解扩解调器的无线网桥进行了测试， 其数据速率为R = 500 kbit / s.文件传输速率及吞吐率的测试：双向传输时， 文件传输速率为160～170 kbit / s， 文件传输吞吐率S 为0. 32～0. 34，单向传输时， 文件传输速率为300 kbit / s， 文件传输吞吐率S 为0. 6。由于存在传输和网络开销， 因此， 双向和单向传输的效率会有所下降。■

参考文献

[1] 樊昌信.通信原理（第五版）[M].北京：国防工业出版社.2002

[2] 张传福.CDMA移动通信网络规划设计与优化[M].北京：人民邮电出版社.2006

[3] 朱立偉.移动通信[M].北京：机械工业出版社.2002