ＤＳ／ＢＰＳＫ擴(kuò)頻系統(tǒng)單頻干擾方法研究及仿真實(shí)現(xiàn)

摘 要：介紹了DS/BPSK擴(kuò)頻系統(tǒng)的基本原理，分析了單頻干擾下的抗干擾性能，給出了單頻干擾DS/BPSK擴(kuò)頻系統(tǒng)的最佳頻率位置，建立了基于Simulink的單頻干擾下的DS/BPSK擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真模型，通過Simulink仿真分析，給出了單頻干擾下系統(tǒng)各個階段的頻譜圖及不同信噪比下的誤碼率，仿真結(jié)果表明：該方法對DS/BPSK擴(kuò)頻信號中心頻率區(qū)域的干擾效果極其明顯。

關(guān)鍵詞：DS/BPSK擴(kuò)頻系統(tǒng);單頻干擾;Simulink仿真;誤碼率

中圖分類號：TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004373X(2008)0111003

Research on the Method of Single-Tone Jamming of DS/BPSK Spread Spectrum 

System and Implementaion of Simulation

LIU Jianfeng

(Xi′an Communication Institute，Xi′an，710106，China)

Abstract：This paper introduces the basic principle of DS/BPSK spread spectrum system，analyses performance of single-tone jamming，provides perfect location of frequency of interfering DS/BPSK spread spectrum system，and creates a model of simulation of DS/BPSK spread spectrum system under the condition of single-tone jamming.It also provides PSD of every stages and BER under different SNR.The result demonstrates that interfering central frequency of DS/BPSK spread spectrum signal has great effect.

Keywords：DS/BPSK spread spectrum system;single-tone jamming;simulink simulation;bit error rate

1 引 言

在軍事通信中，干擾技術(shù)和干擾方法越來越受到人們的重視，世界上許多國家都投入了大量的人力和物力，采用

各種不同的方式對此進(jìn)行研究。然而隨著通信技術(shù)的發(fā)展，抗干擾技術(shù)也日益成熟，因此研究新的、高效的干擾方法成為研究人員面前的一個重要課題。我國對干擾技術(shù)也開展了研究，但計算機(jī)仿真技術(shù)在其中的比重較小，還遠(yuǎn)不夠深入和廣泛。如何將兩者有機(jī)地結(jié)合起來，充分利用計算機(jī)仿真工具開展研究，加快我國干擾技術(shù)體制和裝備的發(fā)展，滿足未來高技術(shù)戰(zhàn)爭的需求，將是非常有意義的課題。基于此，本文應(yīng)用Simulink仿真工具對典型單頻干擾技術(shù)作了性能仿真分析研究，給出了單頻干擾DS/BPSK擴(kuò)頻系統(tǒng)的最佳頻率位置。

2 DS/BPSK擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型

直接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)是用待傳輸?shù)男畔⑿盘柵c高速率的偽隨機(jī)碼波形相乘后，去直接控制射頻信號的某個參量，來擴(kuò)展傳輸信號的帶寬。用于擴(kuò)展頻譜的偽隨機(jī)序列稱為擴(kuò)頻碼序列，直接序列擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的簡化方框圖參見圖1。在直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，通常對載波進(jìn)行相移鍵控調(diào)制。為了節(jié)約發(fā)射功率和提高發(fā)射機(jī)的工作效率，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)常采用平衡調(diào)制器，抑制載波的平衡調(diào)制對提高擴(kuò)頻信號的抗偵破能力也有利。在發(fā)送端，待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號與偽隨機(jī)碼(擴(kuò)頻碼)波形相乘(或與偽隨機(jī)碼序列模2加)，形成的復(fù)合碼對載波進(jìn)行調(diào)制，然后由天線發(fā)射出去。在接收端，要產(chǎn)生一個和發(fā)送端中的偽隨機(jī)碼同步的本地偽隨機(jī)碼對接收信號進(jìn)行解擴(kuò)，解擴(kuò)后的信號送到解調(diào)器解調(diào)，恢復(fù)出傳送的信息。

3 誤碼率分析及系統(tǒng)建模

單頻干擾是一類特殊的干擾，可將其作為帶寬為零的窄帶干擾來處理，假設(shè)系統(tǒng)是線性的，且同步已經(jīng)建立，所用擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型見圖1。對于單頻干擾信號J(t)=Aicos(2πf1t+φ)，假設(shè)φ是在[0，2π]內(nèi)均勻分布的隨機(jī)變量，則自相關(guān)函數(shù)為：

則偽隨機(jī)擴(kuò)頻碼序列c(n)的功率譜密度為：

文獻(xiàn)[2]指出，未編碼DS/BPSK通信系統(tǒng)在隨機(jī)干擾和白噪聲環(huán)境下的系統(tǒng)誤比特率為：



所以DS/BPSK擴(kuò)頻通信系統(tǒng)存在單頻干擾信號時的誤比特率為：



從式(7)可以看出，對于單頻干擾信號而言，當(dāng)f1=f0時，既當(dāng)單頻干擾信號中心頻率和DS/BPSK擴(kuò)頻信號中心頻率重合時，誤比特率最高，干擾效果最佳；當(dāng)單頻干擾信號中心頻率偏離DS擴(kuò)頻信號中心頻率時，誤比特下降，干擾效果變?nèi)酢Ｆx中心頻率越遠(yuǎn)，干擾效果越差。根據(jù)上述單頻干擾性能分析，建立如圖2所示的DS/BPSK擴(kuò)頻系統(tǒng)的單頻干擾模型。

首先，截獲敵方擴(kuò)頻信號，對其進(jìn)行頻譜分析，檢測出DS擴(kuò)頻信號中心頻率，然后在敵方DS擴(kuò)頻信號中心頻率最接近的位置，即在f1f0區(qū)域發(fā)送強(qiáng)功率單頻干擾信號，這樣就可形成最佳干擾，導(dǎo)致敵方DS擴(kuò)頻

系統(tǒng)高的誤比特率，從而阻礙甚至終止通信，達(dá)到干擾目的。

4 仿真實(shí)現(xiàn)及結(jié)果分析 

根據(jù)DS/BPSK擴(kuò)頻系統(tǒng)基本原理，針對上述提出的干擾方法，構(gòu)建如圖3所示的基于Simulink的在單頻干擾下的DS/BPSK擴(kuò)頻系統(tǒng)。

結(jié)合Matlab語言，給出了在不同信噪比，不同頻率的單頻干擾下的誤碼率和頻譜圖。DS/BPSK擴(kuò)頻系統(tǒng)的信源來自Simulink模塊庫的Randon Integer Generator隨機(jī)整數(shù)產(chǎn)生器，數(shù)據(jù)以基于幀的方式輸出，比特率為0.1 kb/s，其頻譜圖如圖4所示。數(shù)據(jù)經(jīng)擴(kuò)頻、調(diào)制之后的頻譜圖如圖5所示，擴(kuò)頻后的寬帶信號經(jīng)過無線信道傳輸，受單頻干擾，其擴(kuò)頻信號譜圖如圖6所示，為分析方便沒考慮多徑干擾問題等其他非敵意干擾。最后解擴(kuò)得到的接收端數(shù)據(jù)頻譜如圖7所示。[JP]

從上面不同階段的信號頻譜圖可以看到：信源數(shù)據(jù)信號(見圖4)受強(qiáng)功率單頻干擾后到達(dá)接收端的數(shù)據(jù)(見圖7)的功率譜密度有明顯的降低，功率損失達(dá)80%以上。同時比較單頻干擾前的擴(kuò)頻信號頻譜(如圖5所示)和單頻干擾之后的擴(kuò)頻信號頻譜(如圖6所示)發(fā)現(xiàn)：在擴(kuò)頻信號頻譜中心附近出現(xiàn)了一個功率很強(qiáng)的干擾信號，這就是單頻干擾所致。

為了進(jìn)一步說明本文提出的DS/BPSK擴(kuò)頻系統(tǒng)的單頻干擾方法的有效性，給出了在不同信噪比，不同單頻干擾頻率條件下的誤碼率。從圖5可以看到，發(fā)送數(shù)據(jù)信號經(jīng)擴(kuò)頻之后頻譜展寬，而且展寬頻譜的中心頻率主要集中在零頻附近，因此可以在其中心頻率附近(零頻附近)發(fā)射一個強(qiáng)功率單頻干擾信號對DS/BPSK擴(kuò)頻系統(tǒng)實(shí)施干擾。如圖8所示的是頻率在擴(kuò)頻信號頻譜中心附近即零頻附近的單頻信號干擾下的誤碼率。

從圖8可以看到系統(tǒng)在單頻干擾下的誤碼率明顯高于沒有單頻干擾下的誤碼率，干擾效果明顯。假設(shè)單頻干

擾信號中心頻率偏離DS擴(kuò)頻信號中心頻率很遠(yuǎn)，此時的頻譜如圖9所示，誤碼率如圖10所示。

從圖9，圖10可知，當(dāng)單頻干擾信號中心頻率偏離DS擴(kuò)頻信號中心頻率很遠(yuǎn)時，基本上起不到效果，誤碼率和頻譜很接近沒有單頻干擾時的情況。因此單頻干擾信號頻率的選擇是關(guān)鍵，必須根據(jù)截獲的敵方信號頻譜特性來確定單頻干擾信號的頻率，這種干擾方法實(shí)質(zhì)上是一種瞄準(zhǔn)式干擾方式。

5 結(jié) 語

從仿真結(jié)果來看，對DS/BPSK擴(kuò)頻系統(tǒng)的中心頻率實(shí)施單頻干擾是一種最佳的干擾方法，可以大大降低其通信能力，前提條件是必須對截獲的敵方擴(kuò)頻寬帶信號進(jìn)行分析，探測出敵方擴(kuò)頻信號的中心頻率，然后用接近其中心頻率的單頻干擾信號以極強(qiáng)的功率干擾敵方擴(kuò)頻信號。一般來說，敵方擴(kuò)頻信號的截獲的難度較大，且即便是截獲了敵方信號，其中心頻率的確定也有難度，因此對于敵方擴(kuò)頻信號的截獲需要做進(jìn)一步的研究。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］Roger L Peterson，Rodger E Ziemer，David E Borth.Introduction to Spread Spectrum Communications[M].BeiJing:Publishing House of Electronics Industry，2006.

［2］張邦寧，魏安全，郭道省.通信抗干擾技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［3］田日才.擴(kuò)頻通信[M].北京:清華大學(xué)出版社，2007.

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作者簡介

劉劍鋒 男，1980年出生，湖北天門人，在讀碩士研究生。從事通信干擾與抗干擾方向的研究。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。”