MC-FH-CDMA通信抗干擾分析

謝剛

擴展頻譜技術[1]具有很強的抗干擾性能，目前被廣泛應用于軍事通信和民用通信中。跳頻系統的原理是把整個頻帶分成若干個頻段，發射機發送的頻帶是由偽隨機序列控制的，每發送一個信號，頻帶隨機變換一次，所以干擾方很難進行有效干擾。直接序列擴頻技術與跳頻技術一樣，是目前主流的抗干擾通信體制技術。這種擴頻信號的特點在于時域上表現為窄脈沖調制載波，在頻域上信號帶寬被展寬。直接序列擴頻通信系統具有較強的抗高斯噪聲和寬帶干擾能力、大容量通信的能力、隱避通信的能力、良好的測距和定位能力、具有保密通信的能力，因此直接序列擴頻系統在軍事通信、導航、民用通信、遙感和遙測、及定位等諸多領域有著廣泛的運用。

MC-FH-CDMA正是結合了跳頻和多載波擴頻的一種新系統，對原有的系統進行改進后，得到系統的模型為圖1。發射機與接收機框圖如圖所示，PN序列與數據比特都是獨立隨機的，數據比特的持續時間為Tb，b（k）為第k個比特數據，在{-1，1}中等概，{c（1），c（2），…，c（N）}為擴頻碼，對于每個數據符號經過N倍復制之后，先與擴頻碼相乘再調制到各子載波，各子載波相加之后進行傳輸，總帶寬被分為M個子信道，N個子載波的頻率是由PN序列控制從總的M個正交頻率中隨機選擇的。

第k個比特發送信號可以表示為:

（1）

假設單音干擾與子載波頻率對準的情況，在該模型中，用戶的平均誤碼率可表示為：

（2）

其中r為用戶所選子載波碰撞到單音干擾的概率，Pe1為碰撞到單音干擾的誤碼率，Pe2為未碰到單音干擾的誤碼率，此時僅存在高斯白噪聲干擾。

第k個數據比特發送的信號為：

（3）

式中P（t）為單位矩形脈沖，在[0，Tb]內為非零，b（k）為用戶第k個比特的數據信息。

不考慮多徑信號時的接收信號為：

（4）

接收端乘以相加后經判決輸出。其中d（i）為第i個子載波支路合并時的加權系數，則輸出判決量可表示為：

（5）

其中第1項為期望用戶判決輸出：

（6）

第2項為單頻干擾

（7）

于是

（8）

第3項為高斯白噪聲項：

（9）

等增益合并時，則誤碼率為：

（10）

所以平均誤碼率為：

（11）

將系統的總帶寬分為256個子信道即M=256，MC-FH-CDMA擴頻倍數N=128，信噪比Eb/N0=20dB，Tb=2.5×10-5s，帶寬W=10MHz，為保證公平性，MC-CDMA擴頻增益為M，跳頻系統的跳頻點數為M。

從圖中可以發現單音干擾下跳頻的性能是最好的，因為在單音干擾環境下跳頻系統碰撞到干擾信號的概率是最小的，所以該系統抗單音干擾性能最強。在信干比小于4dB的時候，MC-FH-CDMA比MC-CDMA的抗干擾性能好是因為此時干擾的功率很大，而MC-FH-CDMA碰撞上干擾信號的概率比MC-CDMA小，所以誤碼率低。在信干比大于4dB的時候，MC-FH-CDMA比MC-CDMA的抗干擾性能差是因為此時干擾的功率較小，對誤碼率的影響占主導因素的是擴頻增益，而MC-CDMA擴頻增益比MC-FH-CDMA大，所以性能更好一些。