直接序列擴頻通信抗干擾能力研究?

白春惠

（中國人民解放軍91404部隊 秦皇島 066001）

1 引言

擴展頻譜通信（Spread Spectrum Communication）簡稱擴頻通信，是一種信息處理傳輸技術，常見的擴頻類型有：直接序列擴頻（DS）、跳頻（FH）、跳時（TH）和線性調頻脈沖（Chirp）等，另外，這些技術也常常組合起來使用，形成組合或混合類型的擴頻技術［1］。直接序列擴頻（簡稱直擴）是目前應用較廣的一種擴頻通信方式，即將基帶數據信號擴展到一個很寬的帶寬上，來實現通信抗截獲和抗干擾［2］。直擴具有抗干擾性強、低截獲率、碼分多址和抑制多徑效應等優點，已成功應用到多種通信系統，在軍事通信領域得到廣泛應用。因此，分析直擴通信系統的抗干擾能力，研究提高直擴通信的抗干擾方法，對提高直擴通信的傳輸可靠性具有積極的意義。本文通過對直擴通信的擴頻處理增益進行分析，研究直擴通信的抗干擾能力，提出了提高直擴通信抗干擾能力的方法。

2 直接序列擴頻通信的基本原理

直擴通信的原理如圖1，在發送端，用高速率偽噪聲碼（有時也稱PN碼、偽隨機碼、偽碼）對要發送的信息碼流進行基帶和中頻擴譜調制，然后進行射頻調制，在發送和傳輸中的信號帶寬主要決定于偽碼帶寬，且比原始信息帶寬大得多（即偽碼速率遠遠大于原始信息速率），其功率譜密度大大降低。在接收端，先用本地載波對接收的射頻信號進行混頻，得到中頻已調直擴信號，然后在中頻部分用與發送端相同的偽碼進行相關解擴，將有用寬帶信號還原成窄帶信號，再經解調單元恢復信息數據。同時對于在傳輸中引入的干擾信號，若與直擴信號不相關，則對非相關干擾進行“反直擴”，濾除大部分非相關干擾［2～3］。

圖1 直擴通信原理框圖

3 直擴通信處理增益和干擾容限

由于直擴通信系統通過在發端擴展信號頻譜，在收端解擴后恢復傳輸信息，給系統的輸出信噪比帶來了相對改善，提高了通信系統的抗干擾能力。通常會用“處理增益”和“干擾容限”兩個指標來衡量擴頻通信系統的抗干擾能力。經典著作中，擴譜通信的“處理增益”定義為擴譜信號的總帶寬與信息帶寬的比值，即也有一些文獻定義為接收機解擴器輸出信噪功率比與接收機的輸入信噪功率比之比，即這兩個定義并不矛盾，已經證明，干擾信號通過直擴通信系統后，功率消弱W/R倍，其中，W為PN碼序列帶寬，R為信息傳輸速率。直擴通信可以通過增大處理增益提高抗干擾能力［6］。

干擾容限定義為擴頻通信系統能維持點對點正常工作（滿足正常解調要求的最小輸出信噪比）的實際抗干擾能力［2］，表示系統在某一干擾條件下能夠工作的能力，其表達式為M=G-(a +SNR)，G為擴頻增益，a為系統損耗，SNR為要求的接收機信噪比［4，8］。

4 直擴通信抗干擾能力分析

4.1 抗寬帶白噪聲干擾能力

理論上講，寬帶白噪聲應具有無窮帶寬，將寬帶白噪聲作為直擴系統的干擾信號，其功率譜密度在解擴前后不會發生變化［8］。

假設直擴系統的擴頻碼采用m序列，且一個周期的擴頻碼傳輸一個信息碼元，偽隨機碼碼元寬度為Tc，一個周期內包含N個偽隨機碼元，信息碼碼元寬度為 Td，Td=NTc，有擴頻后射頻信號帶寬為

在干擾功率一定的前提下，假設為寬帶高斯白噪聲干擾，干擾帶寬大于等于直擴信號帶寬，干擾信號的功率為Pj，則干擾信號輸入的雙邊功率譜為為便于分析，設wj=2fc，經解擴后，落在fo±fd頻帶內干擾的雙邊功率譜為［9］

當N較大時式（1）括號內的數值接近1，經解擴后，干擾在載波附近的雙邊功率譜仍近似為

為輸出信噪比，（SNR）i為輸入信噪比。

4.2 抗單音干擾能力

假設為單音連續干擾，經解擴解調后，干擾的單邊功率譜可表示為［10］

式中：Aj為干擾信號的幅度，N為偽隨機碼的長度，1/Tc為偽隨機碼碼元的寬度。從式（2）可以看出，單音連續干擾經過擴頻解擴后，其頻譜大大展寬。設信息碼元的寬度為1/Td，則一般中頻濾波器的帶寬為2/Td，而單音連續干擾經過解擴解調后得到的單邊功率譜的譜線間隔為1/Td，因此，可以通過中頻濾波器然后影響后端對信息碼元的恢復的分量最多有兩個，這里僅考慮有一根譜線進入后端處理中影響信息碼元的判決的情形。當wj=w0時，干擾功率；當 wj=w0±2pfc/N 時 ，當N較大時近似有

因此，當fj=fo時，處理增益當fj=fo+2fd附近時，處理增益（SNR）o為輸出信噪比，（SNR）i為輸入信噪比。

4.3 抗窄帶干擾能力

窄帶干擾的干擾帶寬與通信信號帶寬接近，能量較寬帶干擾更為集中，但經直擴系統解擴后，能量會被擴展，作用在信號上的能量會被消弱［8］。

假設為窄帶干擾，干擾帶寬為wj，干擾中心頻率為fj，干擾信號的功率為Pj，則干擾信號輸入的單邊功率譜為為便于分析，設fj=fo，經解擴后，落在fo±fd頻帶內干擾的功率譜為［9］

設fj=fo+2Mf（dm=1，2，3……），經解擴后，落在fo±fd頻帶內干擾的雙邊功率譜為［9］

比較式（4）和式（6）可知，此時在fj=fo+2fd附近，窄帶噪聲干擾對直擴系統影響最大。

因此，當 wj=2fd，fj=fo時，處理增益當wj=2fd，fj=fo+2fd附近時，處理增益

(SNR）o為輸出信噪比，（SNR）i為輸入信噪比。

4.4 抗其他直擴通信信號干擾能力

文獻［6］對直擴系統抗其他直擴信號干擾能力進行了詳細分析，為便于分析，其假設其他直擴信號的擴頻碼與本地直擴系統的擴頻碼相同，但不相關，取極大值來估算干擾功率，推導出輸出信噪比，從而求出此時的處理增益其中R為偽碼速率，r為信息速率。文獻［7］則求出處理增益

由干擾容限的定義可以求出直擴通信系統對不同干擾信號的干擾容限：M=G-(a +SNR )，G為擴頻增益，a為系統損耗，SNR為要求的接收機信噪比［4，8］。

5 直擴通信抗干擾改進措施

從以上分析可以看出，直擴通信系統對不同干擾信號的抗干擾能力有所不同，對以上干擾都有一定的抑制作用，但直擴體制存在遠近效應，多址性能差，帶寬較寬時，帶內強信號干擾產生的影響不容易解決，需要采取措施進一步提高直擴通信系統的抗干擾能力。

5.1 增加偽碼序列長度

由本文分析可知，增加偽碼序列的長度，可以提高直擴通信系統的處理增益，使直擴通信系統具有更強的抗干擾能力，而且偽碼長度增加后，更難進行相關，偵查破譯的難度更大。所以，增加偽碼序列長度是直擴通信系統提高反偵察、抗干擾能力的一種有效方式。

5.2 采用自適應陣列天線

自適應陣列天線，也叫智能天線，是利用各信號空間特征的差異，采用相位控制的陣列天線技術，經特定的參數加權算法處理，從而調節天線陣列的方向圖形狀，使發射和接收性能最佳。采用數字多波束形成技術和天線自適應調零技術，可使不同方向的用戶共享同一頻譜資源，實現同一信道上發射和接收的多個用戶之間相互不干擾［11］，使直擴通信系統的抗干擾能力大大提高。

5.3 采用自適應濾波技術

自適應濾波技術是近年來發展起來的一種最佳濾波方法，是通過自動調節濾波器的權系數，是通過濾波器的信號逐漸逼近期望信號［12］。應用于直擴通信系統中時，由于直擴信號的帶寬很寬，并且較強的窄帶干擾比較容易識別和估計，可采用自適應濾波器來抑制窄帶干擾和其它單頻干擾［4，11］，改善直擴系統的抗干擾性能。

5.4 采用RAKE接收技術

發射機發出的擴頻信號，在傳輸過程中受到各種障礙物的反射和折射，到達接收機的每個波束具有不同的時延，形成多徑信號，對要接收的有用信號形成干擾；RAKE接收技術實際上是一種多徑分集接收技術，可以在時間上分辨出細微的多徑信號，對這些分辨出的多徑信號分別進行加權調整，使之復合成加強信號，把原來的干擾信號變成有用信號。

5.5 跳碼直擴技術

跳碼直擴通信，是借用跳頻通信的原理來實現對固定碼型直擴體制的一種擴展，即選定M組直擴碼的直擴碼集，系統采用同一載頻，并按照跳碼圖案在M組直擴碼上偽隨機地跳變［13］。和常規直擴一樣，跳碼直擴通信對多種非相關干擾有抑制作用，對于相關干擾，由于跳碼組是常規直擴的M倍，難以進行相關干擾或使相關干擾難以造成較大影響［14］，因此采用跳碼直擴技術，能夠增強直擴信號的反偵察、抗干擾能力。

5.6 采用混合擴頻技術

可采用混合擴頻技術改善通信系統的抗干擾能力，其中DS/FH（直擴/跳頻）混合擴頻是目前應用較多的一種綜合擴頻技術，能夠兼顧直擴和跳頻的優點，獲得比較大的處理增益，較好地解決了遠近效應等問題［4］，提高了通信系統的反偵察、抗干擾能力。

6 結語

以上介紹了直接序列擴頻通信的基本原理，詳細分析了直接序列擴頻通信抗不同方式干擾的能力，給出了提高直擴系統抗干擾能力的方法。通過以上分析可知，直擴通信系統具有一定的抗干擾能力，對不同方式干擾的抗干擾能力有所不同，可以通過技術手段增強直擴通信的抗干擾性能，同時，更要在實際使用中探索戰術使用的有效方法，將技術手段和戰術使用有效結合，進一步提高直擴通信系統的抗干擾能力。