直接序列扩频通信抗干扰能力研究∗

白春惠

（中国人民解放军91404部队 秦皇岛 066001）

1 引言

扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）简称扩频通信，是一种信息处理传输技术，常见的扩频类型有：直接序列扩频（DS）、跳频（FH）、跳时（TH）和线性调频脉冲（Chirp）等，另外，这些技术也常常组合起来使用，形成组合或混合类型的扩频技术［1］。直接序列扩频（简称直扩）是目前应用较广的一种扩频通信方式，即将基带数据信号扩展到一个很宽的带宽上，来实现通信抗截获和抗干扰［2］。直扩具有抗干扰性强、低截获率、码分多址和抑制多径效应等优点，已成功应用到多种通信系统，在军事通信领域得到广泛应用。因此，分析直扩通信系统的抗干扰能力，研究提高直扩通信的抗干扰方法，对提高直扩通信的传输可靠性具有积极的意义。本文通过对直扩通信的扩频处理增益进行分析，研究直扩通信的抗干扰能力，提出了提高直扩通信抗干扰能力的方法。

2 直接序列扩频通信的基本原理

直扩通信的原理如图1，在发送端，用高速率伪噪声码（有时也称PN码、伪随机码、伪码）对要发送的信息码流进行基带和中频扩谱调制，然后进行射频调制，在发送和传输中的信号带宽主要决定于伪码带宽，且比原始信息带宽大得多（即伪码速率远远大于原始信息速率），其功率谱密度大大降低。在接收端，先用本地载波对接收的射频信号进行混频，得到中频已调直扩信号，然后在中频部分用与发送端相同的伪码进行相关解扩，将有用宽带信号还原成窄带信号，再经解调单元恢复信息数据。同时对于在传输中引入的干扰信号，若与直扩信号不相关，则对非相关干扰进行“反直扩”，滤除大部分非相关干扰［2～3］。

图1 直扩通信原理框图

3 直扩通信处理增益和干扰容限

由于直扩通信系统通过在发端扩展信号频谱，在收端解扩后恢复传输信息，给系统的输出信噪比带来了相对改善，提高了通信系统的抗干扰能力。通常会用“处理增益”和“干扰容限”两个指标来衡量扩频通信系统的抗干扰能力。经典著作中，扩谱通信的“处理增益”定义为扩谱信号的总带宽与信息带宽的比值，即也有一些文献定义为接收机解扩器输出信噪功率比与接收机的输入信噪功率比之比，即这两个定义并不矛盾，已经证明，干扰信号通过直扩通信系统后，功率消弱W/R倍，其中，W为PN码序列带宽，R为信息传输速率。直扩通信可以通过增大处理增益提高抗干扰能力［6］。

干扰容限定义为扩频通信系统能维持点对点正常工作（满足正常解调要求的最小输出信噪比）的实际抗干扰能力［2］，表示系统在某一干扰条件下能够工作的能力，其表达式为M=G-(a +SNR)，G为扩频增益，a为系统损耗，SNR为要求的接收机信噪比［4，8］。

4 直扩通信抗干扰能力分析

4.1 抗宽带白噪声干扰能力

理论上讲，宽带白噪声应具有无穷带宽，将宽带白噪声作为直扩系统的干扰信号，其功率谱密度在解扩前后不会发生变化［8］。

假设直扩系统的扩频码采用m序列，且一个周期的扩频码传输一个信息码元，伪随机码码元宽度为Tc，一个周期内包含N个伪随机码元，信息码码元宽度为 Td，Td=NTc，有扩频后射频信号带宽为

在干扰功率一定的前提下，假设为宽带高斯白噪声干扰，干扰带宽大于等于直扩信号带宽，干扰信号的功率为Pj，则干扰信号输入的双边功率谱为为便于分析，设wj=2fc，经解扩后，落在fo±fd频带内干扰的双边功率谱为［9］

当N较大时式（1）括号内的数值接近1，经解扩后，干扰在载波附近的双边功率谱仍近似为

为输出信噪比，（SNR）i为输入信噪比。

4.2 抗单音干扰能力

假设为单音连续干扰，经解扩解调后，干扰的单边功率谱可表示为［10］

式中：Aj为干扰信号的幅度，N为伪随机码的长度，1/Tc为伪随机码码元的宽度。从式（2）可以看出，单音连续干扰经过扩频解扩后，其频谱大大展宽。设信息码元的宽度为1/Td，则一般中频滤波器的带宽为2/Td，而单音连续干扰经过解扩解调后得到的单边功率谱的谱线间隔为1/Td，因此，可以通过中频滤波器然后影响后端对信息码元的恢复的分量最多有两个，这里仅考虑有一根谱线进入后端处理中影响信息码元的判决的情形。当wj=w0时，干扰功率；当 wj=w0±2pfc/N 时 ，当N较大时近似有

因此，当fj=fo时，处理增益当fj=fo+2fd附近时，处理增益（SNR）o为输出信噪比，（SNR）i为输入信噪比。

4.3 抗窄带干扰能力

窄带干扰的干扰带宽与通信信号带宽接近，能量较宽带干扰更为集中，但经直扩系统解扩后，能量会被扩展，作用在信号上的能量会被消弱［8］。

假设为窄带干扰，干扰带宽为wj，干扰中心频率为fj，干扰信号的功率为Pj，则干扰信号输入的单边功率谱为为便于分析，设fj=fo，经解扩后，落在fo±fd频带内干扰的功率谱为［9］

设fj=fo+2Mf（dm=1，2，3……），经解扩后，落在fo±fd频带内干扰的双边功率谱为［9］

比较式（4）和式（6）可知，此时在fj=fo+2fd附近，窄带噪声干扰对直扩系统影响最大。

因此，当 wj=2fd，fj=fo时，处理增益当wj=2fd，fj=fo+2fd附近时，处理增益

(SNR）o为输出信噪比，（SNR）i为输入信噪比。

4.4 抗其他直扩通信信号干扰能力

文献［6］对直扩系统抗其他直扩信号干扰能力进行了详细分析，为便于分析，其假设其他直扩信号的扩频码与本地直扩系统的扩频码相同，但不相关，取极大值来估算干扰功率，推导出输出信噪比，从而求出此时的处理增益其中R为伪码速率，r为信息速率。文献［7］则求出处理增益

由干扰容限的定义可以求出直扩通信系统对不同干扰信号的干扰容限：M=G-(a +SNR )，G为扩频增益，a为系统损耗，SNR为要求的接收机信噪比［4，8］。

5 直扩通信抗干扰改进措施

从以上分析可以看出，直扩通信系统对不同干扰信号的抗干扰能力有所不同，对以上干扰都有一定的抑制作用，但直扩体制存在远近效应，多址性能差，带宽较宽时，带内强信号干扰产生的影响不容易解决，需要采取措施进一步提高直扩通信系统的抗干扰能力。

5.1 增加伪码序列长度

由本文分析可知，增加伪码序列的长度，可以提高直扩通信系统的处理增益，使直扩通信系统具有更强的抗干扰能力，而且伪码长度增加后，更难进行相关，侦查破译的难度更大。所以，增加伪码序列长度是直扩通信系统提高反侦察、抗干扰能力的一种有效方式。

5.2 采用自适应阵列天线

自适应阵列天线，也叫智能天线，是利用各信号空间特征的差异，采用相位控制的阵列天线技术，经特定的参数加权算法处理，从而调节天线阵列的方向图形状，使发射和接收性能最佳。采用数字多波束形成技术和天线自适应调零技术，可使不同方向的用户共享同一频谱资源，实现同一信道上发射和接收的多个用户之间相互不干扰［11］，使直扩通信系统的抗干扰能力大大提高。

5.3 采用自适应滤波技术

自适应滤波技术是近年来发展起来的一种最佳滤波方法，是通过自动调节滤波器的权系数，是通过滤波器的信号逐渐逼近期望信号［12］。应用于直扩通信系统中时，由于直扩信号的带宽很宽，并且较强的窄带干扰比较容易识别和估计，可采用自适应滤波器来抑制窄带干扰和其它单频干扰［4，11］，改善直扩系统的抗干扰性能。

5.4 采用RAKE接收技术

发射机发出的扩频信号，在传输过程中受到各种障碍物的反射和折射，到达接收机的每个波束具有不同的时延，形成多径信号，对要接收的有用信号形成干扰；RAKE接收技术实际上是一种多径分集接收技术，可以在时间上分辨出细微的多径信号，对这些分辨出的多径信号分别进行加权调整，使之复合成加强信号，把原来的干扰信号变成有用信号。

5.5 跳码直扩技术

跳码直扩通信，是借用跳频通信的原理来实现对固定码型直扩体制的一种扩展，即选定M组直扩码的直扩码集，系统采用同一载频，并按照跳码图案在M组直扩码上伪随机地跳变［13］。和常规直扩一样，跳码直扩通信对多种非相关干扰有抑制作用，对于相关干扰，由于跳码组是常规直扩的M倍，难以进行相关干扰或使相关干扰难以造成较大影响［14］，因此采用跳码直扩技术，能够增强直扩信号的反侦察、抗干扰能力。

5.6 采用混合扩频技术

可采用混合扩频技术改善通信系统的抗干扰能力，其中DS/FH（直扩/跳频）混合扩频是目前应用较多的一种综合扩频技术，能够兼顾直扩和跳频的优点，获得比较大的处理增益，较好地解决了远近效应等问题［4］，提高了通信系统的反侦察、抗干扰能力。

6 结语

以上介绍了直接序列扩频通信的基本原理，详细分析了直接序列扩频通信抗不同方式干扰的能力，给出了提高直扩系统抗干扰能力的方法。通过以上分析可知，直扩通信系统具有一定的抗干扰能力，对不同方式干扰的抗干扰能力有所不同，可以通过技术手段增强直扩通信的抗干扰性能，同时，更要在实际使用中探索战术使用的有效方法，将技术手段和战术使用有效结合，进一步提高直扩通信系统的抗干扰能力。