多音干擾對直擴接收機捕獲性能影響分析

摘 要：結(jié)合每個信息碼元內(nèi)有整數(shù)個擴頻碼周期序列的BPSK調(diào)制直擴信號接收系統(tǒng)，以二維相關(guān)捕獲原理為基礎(chǔ)，分析了多音干擾對直擴接收機相關(guān)比值式捕獲的性能影響，并結(jié)合PN碼功率譜分析，給出較為理想的多音干擾載頻位置選擇方法，指出對于比值式捕獲，在有用信號頻率無法準(zhǔn)確偵察的情況下，多音干擾能夠有效提高干擾范圍，干擾效果較好;在信號頻率準(zhǔn)確偵察的情況下，多音干擾效果較單音干擾效果差。仿真結(jié)果驗證了理論分析的正確性。

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關(guān)鍵詞：二維捕獲； 多音干擾； 單音干擾； 捕獲性能

中圖分類號：

TN914.4234

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1004373X(2012)05

0001

04

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Impact of multipletone jamming on acquisition performance of DSSS receiver

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DONG Dong1， WANG Xingliang2

(1.PLA Unit of 95666， Chengdu 610041， China; 2.Telecommunication Engineering Institute， Air Force Engineering University， Xi’an 710077， China)

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Abstract：

The impact of multipletone jamming on acquisition performance of DSSS receiver is studied on the basis of twodimensional correlation acquisition principle.， which makes use of DSSS receiving system modulated by BPSK and each message code is spread by integral number periods of PN code. The ideal frequency distribution of multipletone jamming is presented with the mathematical analysis of power spectrum of PN sequence. The multipletone jamming can broaden the interference domain with better performance when the carrier frequency can't be estimated accurately， and the performance of multipletone jamming is worse than singletone jamming when the carrier frequency can be estimated accurately. At last， the simulation results validate the correctness of theory.

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Keywords： twodimension acquisition; multipletone jamming; singletone jamming; acquisition performance

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收稿日期：20111021

0 引 言

基于DS體制的擴頻系統(tǒng)在各種環(huán)境中得到了廣泛應(yīng)用，特別是在軍事衛(wèi)星通信、軍用電臺、以及無線傳感網(wǎng)等戰(zhàn)場環(huán)境中的應(yīng)用。音調(diào)干擾由于其能量相對比較集中，具有良好的干擾效果，因此作為一種廣泛采用的干擾方式［1］。而現(xiàn)有的文獻［23］對于多音干擾的分析認(rèn)為多音干擾能量分散在不同的頻點，對直擴系統(tǒng)干擾效果不好，其研究集中在多音干擾對跳頻通信系統(tǒng)的影響，對直擴系統(tǒng)的干擾效果分析較少；或者將多音干擾當(dāng)做噪聲信號進行分析，僅考慮多音干擾信號的能量，對其頻率分布、能量分配研究較少。

針對已有方法的不足，本文首先建立高效的偽碼捕獲模型，然后結(jié)合捕獲模型分析多音干擾對于捕獲過程的影響，并進行充分的仿真驗證，最后得出結(jié)論。

1 偽碼二維捕獲系統(tǒng)模型及分析

1.1 系統(tǒng)模型

考慮使用BPSK擴頻調(diào)制的DSSS 系統(tǒng)，期望用戶的發(fā)送信號的復(fù)等效形式可表示為：

當(dāng)且僅當(dāng)多音干擾所有的載頻和相位都相等且滿足Δfk=±1/T0時才取最大值，即等于單音干擾，由此可得對于比值式直擴捕獲，單音干擾對其影響比多音干擾的效果要好。同時，在干擾信號總功率相等的前提下，多音干擾的效果隨著干擾數(shù)量的增加而降低。

1.3 m序列的功率譜函數(shù)

因直擴信號的頻譜為m序列的頻譜與窄帶信號頻譜的卷積，直擴信號功率譜為若干個間隔為1/(NTC)的窄帶信號譜的疊加，其表達(dá)式如下：



G(ω)=1N2δ(ω)+N+1N2Sa2ωTC2∑∞k=－∞

k≠0δω－2kπNTC

(7)



m序列的功率譜由基波和各次諧波組成，基波頻率為f0=1/(NTC)，N為m序列的周期，TC為碼元持續(xù)時間或比特長度。抽樣函數(shù)包絡(luò)服從Sa2(x)分布，但最大值不位于0點，是左右對稱分布于0點。因此，若需形成理想干擾，那么音頻干擾的載頻位置應(yīng)避開頻差為0點，在不考慮初始相位影響的情況下，對于比值式捕獲，頻差應(yīng)選擇在對稱于0點附近的位置，其結(jié)果更為理想，如圖1所示。

2 仿真結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

2.1 接收機捕獲過程及仿真結(jié)果

設(shè)計偽碼捕獲原理如圖2(a)所示，捕獲時信號處理流程如下：

(1) 中頻信號采樣后經(jīng)數(shù)字下變頻，分解為I，Q兩路，分別作為FFT的實部和虛部進行復(fù)數(shù)FFT運算；

(2) 在FFT單元中，對進來的數(shù)據(jù)做分段處理，分段的長度L決定一次并行運算的長度，經(jīng)FFT運算后交給后續(xù)單元；

(3) 在頻差掃描單元利用正交下變頻時域復(fù)指數(shù)相乘等效于頻域偏移的原理，對數(shù)據(jù)的頻域信號進行移位來實現(xiàn)捕獲時的頻率搜索;

(4) 把數(shù)據(jù)段和地址段的FFT結(jié)果在頻域相乘，然后進行IFFT運算，存儲結(jié)果；

(5) 尋找相關(guān)峰，將最高峰取出與次高峰相比；

(6) 如果比值大于設(shè)定的門限，則進行精確的頻率、相位估計，如果小于門限，則捕獲失敗。

舉例驗證接收機的性能：假設(shè)信息載頻為5.1 MHz，調(diào)制信息為±1，BPSK調(diào)制，信息速率為1 kHz，1個信息碼采用1個周期的255位PN碼進行擴頻。接收機經(jīng)100次仿真，每次采集49 999個信息碼，每個擴頻碼片采集4個點，在無干擾的情況下，信息經(jīng)高斯白噪聲信道，經(jīng)接收機捕獲和跟蹤后的誤碼率計算值和理論值的比較示意圖，如圖2(b)所示。從圖2(b)可得，兩條曲線非常吻合，說明接收機模型準(zhǔn)確，可滿足對以下分析的需要。

2.2 捕獲性能仿真結(jié)果

2.2.1 三音干擾載頻位置不同時的捕獲性能比較

圖3(a)為干擾信號幅度為4/3時，載頻為(510-1)kHz，(510+1)kHz，(510+2)kHz(信息速率為1 kHz)，SNR＝－12 dB時的捕獲情況;圖3(b)為干擾信號載頻為(510-100) kHz，(510+100) kHz，(510+205) kHz下直擴接收機的捕獲情況。所有干擾的初始相位及幅度相等。從圖中捕獲峰值和旁瓣的分布情況可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)干擾信號載頻接近于頻差為0的時候，干擾效果更為理想。

2.2.2 二音干擾載頻不同時的捕獲性能比較

圖4(a)為干擾信號幅度為4/2時，載頻為(510-1)kHz，(510+1)kHz(信息速率為1 kHz)，SNR＝－12 dB時的捕獲情況;圖4(b)為干擾信號載頻為(510-100)kHz，(510+100)kHz下直擴接收機的捕獲情況。所有干擾的初始相位及幅度相等。從圖中捕獲峰值和旁瓣的分布情況可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)論同上。

圖4 二音干擾下捕獲情況

2.2.3 總功率相同下，三音干擾與二音干擾下的捕獲性能比較

圖5(a)為干擾信號幅度為4/3時，信號載頻為(5.1e3+1)kHz，(5.1e3-1)kHz以及(5.1e3+2)kHz，初始相位為隨機分布于［0，2π］的二音干擾下的捕獲情況;圖5(b)中信號幅度為4/2，載頻為(5.1e3+1)kHz和(5.1e3-1)kHz，初始相位為隨機分布于［0，2π］的最佳干擾下的捕獲情況。從圖5中可以發(fā)現(xiàn)，(a)中的捕獲峰值明顯高于(b)，同時，(a)中的旁瓣峰值低于(b)中的峰值。說明，在干擾總功率相同的條件下，音頻干擾的效果隨數(shù)量的增加而降低。

2.2.4 總功率相同下，二音干擾及單音干擾下的捕獲性能比較

圖6(a)為前提條件如上，干擾信號幅度為3.5/2，信號載頻為(5.1e3+1)kHz和(5.1e3-1)kHz，初始相位為隨機分布于［0，2π］的二音干擾下的捕獲情況;圖6(b)為信號幅度為3.5，載頻為5.1 MHz，初始相位為隨機分布于［0，2π］的最佳干擾下的捕獲情況。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，(a)中的捕獲峰值明顯高于(b)，同時，(a)中的旁瓣峰值低于(b)中的峰值。說明，在干擾總功率相同的條件下，多音干擾的效果小于單因干擾。

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圖5 三音干擾與二音干擾下的捕獲性能比較

圖6 功率相同下，二音干擾及最佳單音

干擾下的捕獲性能比較

3 結(jié) 論

本文結(jié)合直擴系統(tǒng)偽碼二維捕獲原理分析得到，在信號載頻已知的前提下，多音干擾雖然較之單音干擾能量分散到不同的頻點上，其效果不甚理想，但是對于有用信號頻率無法準(zhǔn)確偵察時，使用多音的干擾方式可以有效地提高干擾覆蓋范圍，無論有用信號頻率位于其頻率范圍內(nèi)的任意位置，都有一個或幾個單音干擾分量能夠有效干擾到有用信號。因此，多音干擾的功率分配應(yīng)該充分考慮有用信號頻率的概率分布，對于干擾有用信號頻率出現(xiàn)概率較大區(qū)域的單音干擾分量，其干擾信號功率應(yīng)該適當(dāng)較大。本文的結(jié)論對于如何選取直擴系統(tǒng)最佳多音干擾樣式有一定的借鑒意義。

參 考 文 獻

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作者簡介：

董 冬 女，1965年出生，河北張家口人，工程師。主要研究方向為綜合電子戰(zhàn)技術(shù)。