多音干擾對直擴接收機捕獲性能影響分析

摘 要：結合每個信息碼元內有整數個擴頻碼周期序列的BPSK調制直擴信號接收系統，以二維相關捕獲原理為基礎，分析了多音干擾對直擴接收機相關比值式捕獲的性能影響，并結合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;在信號頻率準確偵察的情況下，多音干擾效果較單音干擾效果差。仿真結果驗證了理論分析的正確性。

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關鍵詞：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體制的擴頻系統在各種環境中得到了廣泛應用，特別是在軍事衛星通信、軍用電臺、以及無線傳感網等戰場環境中的應用。音調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］。而現有的文獻［23］對于多音干擾的分析認為多音干擾能量分散在不同的頻點，對直擴系統干擾效果不好，其研究集中在多音干擾對跳頻通信系統的影響，對直擴系統的干擾效果分析較少；或者將多音干擾當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，最后得出結論。

1 偽碼二維捕獲系統模型及分析

1.1 系統模型

考慮使用BPSK擴頻調制的DSSS 系統，期望用戶的發送信號的復等效形式可表示為：

當且僅當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量的增加而降低。

1.3 m序列的功率譜函數

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為碼元持續時間或比特長度。抽樣函數包絡服從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，頻差應選擇在對稱于0點附近的位置，其結果更為理想，如圖1所示。

2 仿真結果及數據分析

2.1 接收機捕獲過程及仿真結果

設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) 中頻信號采樣后經數字下變頻，分解為I，Q兩路，分別作為FFT的實部和虛部進行復數FFT運算；

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

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

(4) 把數據段和地址段的FFT結果在頻域相乘，然后進行IFFT運算，存儲結果；

(5) 尋找相關峰，將最高峰取出與次高峰相比；

(6) 如果比值大于設定的門限，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：假設信息載頻為5.1 MHz，調制信息為±1，BPSK調制，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，信息經高斯白噪聲信道，經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，說明接收機模型準確，可滿足對以下分析的需要。

2.2 捕獲性能仿真結果

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現，當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現，結論同上。

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中可以發現，(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。從圖中可以發現，(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 論

本文結合直擴系統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概率較大區域的單音干擾分量，其干擾信號功率應該適當較大。本文的結論對于如何選取直擴系統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技術。