DS-SS 窄帶干擾抑制濾波器對PN 碼捕獲性能影響的研究

楊曉波 孫麗婭

（1.石家莊職業技術學院電氣與電子工程系 河北 石家莊 050081；2.河北全通通信有限公司網絡信息部 河北 石家莊 050021）

0 引言

直接序列擴頻 （Direct Sequence Spread Spectrum： DSSS）技術具有良好的保密性、較強的抗干擾能力以及低截獲概率和測時測距等特點，因此在軍事通信系統、衛星通信系統、測速雷達系統和移動通信系統中得到了廣泛應用，DS-SS系統具有一定的干擾容限，當系統處于超出其干擾容限的強干擾環境中時， 通信性能會嚴重惡化， 為了降低窄帶干擾（Narrow Band Interference：NBI） 對系統性能的影響， 通常在PN 碼相關器之前插入窄帶干擾抑制濾波器[1]。 插入濾波器后由于濾波器的會對接收信號造成影響[2]，首先，影響的就是PN 碼的捕獲，PN 碼的捕獲是DS-SS 正常工作的關鍵技術[3]，因此有必要對窄帶干擾抑制濾波器給PN 碼捕獲性能帶來的影響進行深入分析。 文獻[2]，[4]中就窄帶干擾抑制濾波器對PN 碼捕獲的影響進行了研究，但就濾波器相位響應對PN 碼捕獲性能只從濾波理論出發進行了概略的分析，本文就這一問題進行更加深入的研究。

本文窄帶干擾抑制采用線性插值濾波器，通過設計結構完全相同，只有相頻特性不同的濾波器，研究了濾波器相頻特性對PN 碼捕獲造成影響的原因及影響程度， 并給出了仿真結果。

1 線性插值濾波器原理

線性插值濾波器同時使用過去和未來的值對接收信號的當前值進行估計，雙邊插值濾波器原理如圖1 所示[5]。

圖1 線性插值濾波器原理

為了設計得到線性相位插值濾波器， 權值具有對稱性，對于線性相位插值濾波器權值有w-l=wl，l=1，2，…，n+m

濾波器的最優解：

其中：

輸入矢量的自相關：

2 自適應濾波抑制NBI 模型及對捕獲性能的影響

自適應濾波器抑制窄帶干擾結構如圖2 所示，圖中x（k）為按碼速率采樣的接收信號序列：

x（k）=Adp（k）＋n（k）＋j（k）

圖2 自適應濾波抑制NBI 原理

圖中自適應濾波器采用線性插值濾波器， 濾波器長度為2M＋1，將濾波器權值統一以h（l），l=-M，…，－2，－1，0，1，2，…，M 定義，h（0）＝1。 則接收信號在一個碼周期內的濾波輸出為：

由式（17）可看到,采用線性插值濾波器抑制窄帶干擾的同時，引入了PN 序列之間的相關性，相關性的強弱主要由濾波器的階數和沖擊響應（濾波器權值最優解）決定，進行PN碼捕獲時對于線性插值濾波器, -M≤k≤M 的范圍內可能會形成較高的相關峰值,甚至超過碼捕獲門限,使得捕獲概率降低，同時，當擴頻信號通過濾波器時，由于濾波器相位響應的非線性會造成各頻率分量的延遲不相同，解擴后信號的能量不能很好的集中在相關峰上，使得相關旁瓣較大，同樣使得捕獲概率降低，反之，相關旁瓣較小，不會對捕獲概率造成大的影響。

由文獻[6]，線性插值濾波器的干擾抑制程度和信噪比的改善在其它條件相同的情況下，只取決于濾波器階數。 本文在相同的仿真條件下，采用結構完全相同，只有相位響應特性不同的兩個線性插值濾波器 （一個考慮線性相位設計，另一個不考慮線性相位設計） 來研究相位特性對PN 碼捕獲的影響， 由于濾波器權值最優解取決于輸入序列統計特性，因此在相同的仿真條件下二者捕獲性能差異主要是相位特性造成的。

圖3 接收信號頻譜

3 仿真結果分析

圖4 濾波器幅頻響應

圖5 濾波器群延遲響應

圖6 濾波輸出頻譜

仿真系統為BPSK 調制，PN 碼長度為10230 的GOLD 碼序列，窄帶干擾信號為單諧波信號，歸一化頻率fj=0.52；信噪比SNR=-30dB， 偽碼捕獲過程采用包絡檢波的恒虛警檢測。圖3 至圖7 為干信比JSR=40dB 的仿真結果， 圖3 為接收信號的頻譜；圖4 為濾波器幅頻響應；圖5 濾波器群延遲響應，線性相位濾波器的群延遲為常數，這樣各頻率分量的延遲相同， 信號的時域波形失真相對非線性濾波器要小得多； 圖6為濾波輸出頻譜，發現窄帶干擾信號的抑制程度相同，且非線性相位濾波器作用后的頻譜發生了較大的變形；圖7 為10次平均得到的歸一化的PN 碼相關輸出， 可以看出非線性濾波系統相關出處值相對于線性系統的有較大的旁瓣，并且相關峰值也要比線性濾波要小。

圖7 PN 碼相關輸出

圖8 捕獲概率

圖8 為在不同的信噪比下兩個濾波器濾出窄帶干擾后正確捕獲PN 碼相位的概率， 可以看出在信噪比較低的情況下，線性相位濾波器的捕獲概率明顯高于非線性相位濾波器的捕獲概率, 在低信噪比下線性相位濾波器正確捕獲概率高于非線性濾波器將近1%， 這是由于非線性相位濾波器的輸出與本地PN 碼相關的旁瓣較大， 并且相關峰值較線性系統較小造成的。

4 結論

本文在相同的仿真條件下，采用結構完全相同，只有相位響應特性不同的兩個線性插值濾波器來研究相位特性對PN 碼捕獲的影響， 二者捕獲性能差異主要是相位特性造成的。 由于線性相位濾波器的輸出信號失真小，與本地PN 碼相關的旁瓣較小，從相關輸出與PN 碼的捕獲性能結果來看， 線性相位濾波器明顯優于非線性相位濾波器，在本文的仿真條件下在低信噪比下線性相位濾波器正確捕獲概率高于非線性濾波器將近1%， 因此在實際的窄帶干擾抑制過程中，從PN 碼的捕獲結果看，濾波器的相位響應特性是應該考慮的重要因素之一。

［1］Milstein LB. Interference rejection techniques in spread spectrum communications [J].Proceedings of the IEEE，1988，76（6）：657-671.

［2］李崢嶸,桑懷勝，王飛雪，等.擴頻系統中自適應窄帶干擾抑制濾波器對PN 碼捕獲性能的影響[J].電子學報，2002，30（12）：1768-1771.

［3］Iinatti J HJ. On the threshold setting principles in code acquisition of DS-SS signals [J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2000，18（1）：62-72.

［4］張春海.DS-CDMA 時域抗窄帶干擾接收機性能分析[J].航天電子對抗，2005，21（5）：50-64.

［5］Simon H. Adaptive filter theory [M].Prentice-Hall，1996.

［6］Loh-Ming Li, Milstein LB Rejection of Narrow-Band Interference in PN Spread-Spectrum Systems Using Transversal Filters.IEEE Transactions on communications，1982，30（5）：925-928.