通信原理题:某直扩系统的接收信号表达式为(详见图片)?

    通信技术发展过程中,追求能量效率和频谱效率最大化是一个永恒的发展方向。着眼于过去通信技术的发展,数字调制代替模拟调制,使得通信系统在抗干扰能力与便于数字处理方面都取得了巨大进步。从经典的振幅键控调制、相移键控调制、频移键控调制等,到当前广泛应用的扩频调制、正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiple-Output,MIMO)等。这类波形调制技术的发展,不断提高了通信系统的传输速率和频谱效率,在一定程度上满足了当前指数级上升的数据流量业务需求。然而,高频谱效率带来高能量消耗与系统实现复杂度等问题,成为了当前通信技术面临的一大挑战。因此亟待提出能够实现频谱效率与能量效率平衡,同时兼顾系统综合性能的绿色通信技术[1]。正是在这样的背景下,索引调制(Index Modulation,IM)技术被提出[2-4]。在过去的几年中,IM技术引起了广大学者们的关注。

Modulation,CIM)技术。CIM技术是将SM技术中的天线索引变为扩频码的索引,与之类似的技术还有[8]技术。这两种技术的索引调制块都是相互正交的Walsh码,并且这两种技术都属于。扩频通信的定义为用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种传输方式,频带的扩展由独立于信息的扩频码来实现,与所传的信息没有任何关系。

    在本文中,将对码索引调制技术和多进制扩频技术在系统的收发模型、误比特率以及复杂度等各方面进行分析对比。从后面的仿真结果可以看出,这两种扩频技术都是随着扩频码的增多性能越来越好,但随着扩频码的增多系统的复杂度也会随之增大,因此在实际工程中会均衡考虑二者的关系。码索引调制技术是一种新的高数据速率和高频谱效率的通信系统,索引资源相同时,码索引调制技术的频谱效率是多进制扩频技术的一倍还多,本文分析比较了两种扩频技术,加强了对新技术码索引调制的认识。

    多进制扩频是一种只传扩频码的通信系统,m位二进制信息码共有M=2m个状态,每个状态对应一个伪随机码,因此多进制扩频系统也称为M进制扩频系统。M进制扩频系统由M个长度为L的相互正交的伪随机码Cj(j=0,1,2,…,M-1)来表示。直接序列扩频系统的抗干扰能力是以展宽信号传输带宽为代价,并且难以实现分数倍扩频,根据实际的使用需求,直扩进制数以及直扩带宽差异将直序扩频分为一般直序扩频、多进制直序扩频、窄带扩频以及带宽扩频[9]。在文献[10]中指出,多进制扩频系统具有谱密度低、频谱利用率高、抗多径能力强、信息传输速率高、码间干扰小、误码率低以及通信距离远等优点,提升了系统的整体通信效能,是一种实现高效直扩通信的有效途径。

    多进制扩频系统的收发送模型如图1所示。输入的二进制信息比特流在发射端经串并转换后按m位比特进行分组,每个二进制比特数据组选取扩频序列阵中的一个扩频码进行载波调制,然后通过天线发送出去。

    信号通过高斯白噪声(AWGN)信道后到达接收端,经载波恢复和取样后,接收端的采样信号与每一个扩频码相乘,然后在码长L内求和,通过比较器选出绝对值最大的数值,从而确定从发送端传过来的是哪一个扩频码,最后通过解调恢复出原始信息比特。

G等基于直接序列扩频提出码索引调制[7]技术。码索引调制在发射端采用M进制符号调制和直接序列扩频技术,扩频码由Nt个相互正交的Walsh组成。在发射端,二进制信息比特流被分成块,每块的比特数为:NCIM=2log2(Nt)+log2(M),其中nt=log2(Nt)、n=log2(M)分别代表的是扩频码的映射比特数和调制符号对应的比特数,在CIM调制中,调制符号的同相部分和正交部分都需要扩频码进行扩频,码索引调制系统的收发机模型如图2所示。

    信号通过高斯白噪声(AWGN)信道后到达接收端,在接收端信号经载波恢复和取样后,分别与每一个扩频码相乘。由于同相分量和正交分量的处理过程一样,因此这里只阐述同相部分。同相信号分别与Nt个扩频码相乘,然后在一个码长L内求和,求和以后再取绝对值,然后在通过比较器选出最大的一个,从而确定发射端同相部分选择的是哪一个扩频码,正交部分的处理过程完全一样,最后通过数字解调器与扩频码的估计解映射恢复出原始信息比特。

1.3 两种扩频技术的区别

    从1.1节和1.2节对多进制扩频系统和码索引调制系统基本原理的介绍可以看出,这两种扩频技术存在很多相似之处,相同的是两种扩频技术都是采用的Walsh码来对系统进行扩频;而不同的是多进制扩频是以扩频码作为信息的载体,在每个传输时隙只传扩频码。而码索引调制中的扩频码只承载一部分信息比特,另一部分信息比特用于基带调制,扩频码与调制符号的同相部分与正交部分分别相乘扩频,这就是两种扩频技术不一样的地方,但是这两种扩频技术都是基于直接序列扩频技术发展而来的。

    在扩频通信系统中,通常用“扩频增益”Gp来衡量扩频系统的抗干扰能力,扩频增益的定义是接收机相关器的输出信号噪声功率比与输入信号噪声功率比的比值,也可以说成是扩频后的带宽Bss与扩频前的带宽Bb之比。在直接序列扩频通信系统中,扩频码的速率是Rc,信息码的速率是Rb,则扩频增益可以定义如下:

    多进制扩频系统采用(L,m)编码,即m位信息比特由长度为L的伪随机码来代替,m位信息比特一共有M=2m个伪随机码,在发送端信息比特经串并转换成m路的并行数据,然后利用m位信息比特从M=2m路相互正交的扩频码中选出一路作为扩频信号传输。由于串并转换,信息码的带宽降为原来的1/m,则多进制扩频系统的扩频增益可以定义如下:

式中,Bssd为多进制扩频系统扩频后的带宽,Bbd为多进制扩频系统扩频前的带宽,Rcd为扩频码的传输速率,Rbd是信息比特的传输速率。

    码索引调制在发送端信息比特经串并转换后,分为调制部分和映射部分,调制部分将信息比特调制成调制符号,映射部分分别为调制符号的同相分量和正交分量选择扩频码,发送端的信息比特经串并转换为NCIM路的并行数据,由于串并转换的关系,信息码的带宽降为原来的1/NCIM,则码索引调制系统的扩频增益可以定义如下:

式中,Bssc为码索引调制系统扩频后的带宽,Bbc为码索引调制系统扩频前的带宽,Rcc为扩频码的传输速率,Rbc是信息比特的传输速率。

    (1)由式(1)、式(2)可知,若两者的扩频增益相等且信息传输速率也相等,即Gp=(Gp)d,Rb=Rbd,则有Bssd=Bss/m。由此可见,多进制扩频系统适合用于带宽受限的系统,多进制扩频系统在带宽资源日益紧张的现状下显得尤为重要。

    (2)由式(1)、式(3)可知,若两者的扩频增益相等且信息传输速率也相等,即Gp=(Gp)c,Rb=Rbc,则有Bssd=Bss/NCIM。由此可见,码索引调制系统仍然适合用于带宽受限的系统,一般情况下NCIM>m。因此码索引调制适合于带宽更低的系统。

    (3)由式(2)、式(3)可知,若两者的扩频增益相等且信息传输速率也相等,即(Gp)d=(Gp)c,Rbd=Rbc,则有Bssd=一般情况下因此码索引调制系统比多进制扩频系统适合带宽更低的系统。

    本节将对码索引调制系统和多进制扩频系统进行复杂度的分析对比,为了便于两者之间的比较,假设两种扩频系统的频谱效率相同,且频谱效率都为N,多进制扩频系统的PN码个数为Nt,且满足Nt=2N。通过比较传输Ns位信息比特所进行的扩频解扩次数来评估系统的复杂度,码索引调制系统发送一个调制符号需要进行两次扩频运算和解扩运算。其中M代表的是码索引调制的阶数,多进制扩频系统发送一个信号需要进行一次扩频运算和Nt次解扩运算,因此,当两种扩频系统在发送端都发送Ns位信息比特时,它们的关系表达式如表1所示。

    从表1可以看出,在频谱效率相同时,要比较这两种扩频技术的复杂度还要取决于多进制扩频系统中扩频码的个数和码索引调制系统的调制阶数,也就是说,只有知道了Nt和M,才能得出码索引和多进制的扩频解扩运算次数,从而比较这两者的复杂度。

    本节采用MATLAB仿真验证多进制扩频系统和码索引调制系统。仿真的时候采用等效基带的方法,仿真环境为加性高斯白噪声(AWGN)信道,每个信噪比下的仿真符号数为105,扩频码采用的是码长L=64的Walsh码。本节仿真了不同配置下的码索引调制系统、相同频谱效率下的码索引调制系统和多进制扩频系统的误比特率对比、相同索引资源的码索引调制系统和多进制扩频系统的误比特率对比,还仿真了码索引调制系统和多进制扩频系统加上干扰信号的性能。仿真的主要参数在仿真图上有列出,每条曲线标注从左到右依次是方案名称(如CIM)、扩频码个数(如2pn、4pn)、基带调制阶数(如4psk、8psk)。下面提到的传输比特均为每一传输时隙的传输比特,也就是每个符号的比特数。

    图3的仿真是采用码长L=64的Walsh函数,是不同配置的码索引调制系统的误比特率曲线。从曲线②和③可以看出,这两者使用相同的PN码个数,采用不同的调制阶数,曲线③只比曲线②在每个传输时隙多传1个信息比特,但曲线②的性能却好了约4 dB。再比较曲线①、③可知,相同的调制阶数,不同的PN码个数,曲线③的性能却好于曲线①大约1 dB左右。因此在CIM系统中,增加调制阶数会使性能下降,增加扩频码个数会增强抗干扰能力。

    图4的仿真是采用码长L=64的Walsh的函数,是码索引调制与多进制扩频性能对比的误比特率曲线。曲线①和③具有相同的频谱效率,从曲线可以看出,多进制扩频性能好于码索引调制2 dB左右;曲线①和④具有相同的索引资源,从曲线可以看出,码索引调制性能好于多进制扩频1 dB左右;曲线②和⑤具有相同的频谱效率,从曲线可以看出,多进制扩频的性能远优于码索引调制,这是因为为了保证相同的频谱效率,码索引调制只有增大调制阶数,所以性能会比多进制扩频差。再根据曲线②和⑥来看,此时两种扩频技术具有相同的索引资源,码索引调制的性能好于多进制扩频大约0.5 dB。由此可以得出,相同频谱效率时,多进制扩频系统的性能好于码索引调制系统,索引资源相同时,码索引调制系统的性能好于多进制扩频系统,且索引资源相同时,码索引调制系统的频谱效率高出多进制扩频系统一倍多。

    图5的仿真是采用码长L=64的Walsh函数,是码索引调制系统和多进制扩频系统分别加上干扰信号的仿真。干扰信号是正交幅度调制(QAM),其中r1是8QAM,r2是4QAM。有用信号的功率与干扰信号的功率之比称为信干比,曲线①和③的信干比为7.27 dB,从曲线可以看出,相同的信干比条件下,码索引调制系统的抗干扰性能远远好于多进制扩频系统。曲线②和④的信干比为4.27 dB,从曲线依然可以看出,相同信干比条件下的码索引调制系统的抗干扰性能远好于多进制扩频系统。不仅如此,码索引调制系统的频谱效率是多进制扩频系统的3倍,根据图3和图4可以看出,PN码个数越多,这两种扩频系统性能也就越好,但系统复杂度也会随之增大。从图5可以看出,加上干扰信号后,在相同信干比情况下码索引调制系统的抗干扰能力要强于多进制扩频系统。

    本文比较了码索引调制技术和多进制扩频技术,这两种扩频技术都是基于直接序列扩频技术发展而来的。多进制扩频是很早就已提出来的扩频技术,而码索引调制技术是最近两年才由国外的学者提出的。本文阐述了码索引调制系统和多进制扩频系统的基本模型,分析了这两种扩频技术的扩频增益和复杂度,并仿真验证了误比特率性能。分析和数值结果表明,码索引调制系统模型比多进制扩频系统更复杂,但是码索引调制系统频谱效率更高,抗干扰能力更强。在频谱效率相同时,复杂度还要根据不同的参数配置来确定。仿真结果表明,这两种扩频技术都是随着扩频码的增多,性能越来越好。在实际工程中还应考虑到系统的复杂性,会均衡考虑扩频码的个数和系统实现的复杂度。

[8] 高红涛,王振玉,齐军,等.多进制扩频系统性能分析与仿真[J].无线电工程,2007,37(8):22-24.

[10] 姚富强.通信抗干扰工程与实践[M].北京:电子工业出版社,2012.

(1.重庆邮电大学 移动通信技术重庆市重点实验室,重庆400065;

2.陆军工程大学通信士官学校,重庆400035;3.重庆临菲电子科技有限公司,重庆400041)

因为 FPGA具有扩频通信系统要求实时性,以及较高的数据处理速度的优势。所以在扩频通信系统中,大量应用FPGA芯片作为前级处理芯片。

接收机端接收到的扩频信号可以表示为:

其中,P_{r}为接收信号功率,τ_{d}为传输时延,D(t)为信息码, PN(t)为伪码, n(t)为传输过程的加性噪声。扩频接收机要完成的任务就是去掉PN(T-τ_{d}) 伪码项和cos(ω_{0}t+φ) 载波项,从而得到信息数据DZ(t)。

VCO输出I、Q两路信号:

通过同相正交相乘器得到:

利用PN码的相关特性,即相位对齐时,相关结果最大。当载波和码相位都对准时,经过累加清洗(低通滤波)输出为:

经过平方相加可去掉载波对相关结果的影响,得到相关峰。

在直接序列扩频系统中,伪码的捕获是构成码同步系统的重要结构,也是直扩系统中必不可少的部分。接收机若要把伪码扩展的信号解出,接收方就必须能产生一个与发方一样的伪码序列(保证最大相关值),而且,该本地伪码速率、相位要与接收到的伪码保持一致。对于约定好的收、发方用同一个伪码很容易办到,但是,如果要从解扩相关器得到传送的信息,仅仅保证一样的码型是远远不够的。因为即使相同的伪随机码,当相位差大于一个码片时,它们的相关峰就完全消失。在实际通信中,由于收、发信机时钟的不稳定性,接收、发射时刻的不确定性,信道传输延迟及干扰等因素的影响,收、发伪码序列的相位差是随机的。因此解扩的第一步就是要在接收信号的伪码相位中捕获到一个与本地伪码一致的相位状态。当这种状态出现时相关器就会有一个相关峰值输出,峰值与门限相比,若超出则确定相位已捕捉到,立即停止捕捉动作,转入相位跟踪状态;若小于门限则改变本地码相位,继续进行捕获。系统实现原理如图1所示。

根据相位捕获的方法可分为:连续相位滑动相关法和在此思路上改进的不连续相位相关法。

此方法是通过改变本地伪码时钟速率,与发端伪码时钟速率保持一个合适偏移量,使接收信号中伪码相位与本地伪码相位在相关器内进行相对滑动。这种方法的相位捕获是连续进行的,所以相关峰值是一个连续量。相关值一旦超过捕获门限,标志正确相位已被搜索到,接收机立即恢复本地伪码时钟速率(收、发信机都使用稳定度很高的振荡源,所以它们的码速率可以基本保持一致),停止相位滑动,启动跟踪电路,使相位差进一步缩小(意味着相关性增大),获得更高解扩信噪比,满足其后解调门限要求。此种捕获方法捕获时间和检测概率相互矛盾。例如,对于一个N=215位的PN码,两伪码之间最大相对滑动速率约为5kc/ps,遍历其所有相关状态需要的时间为

抗干扰:用来对抗通讯或雷达运行的任何干扰的系统或技术 。学术定义:(1)抗干扰的定义是:结合电路的特点使干扰减少到最小。(2)所谓抗干扰:是指设备能够防止经过天线输入端,设备的外壳以及沿电源线作用于设备的电磁干扰。

抗干扰措施的基本原则是:抑制干扰源,切断干扰传播路径,提高敏感器件的抗干扰性能。
抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt,di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则,常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。抑制干扰源的常用措施如下:
⑴继电器线圈增加续流二极管,消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后,增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。
⑵在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路,电阻一般选几K到几十K,电容选0.01uF),减小电火花影响。
⑶给电机加滤波电路,注意电容、电感引线要尽量短。
⑷电路板上每个IC要并接一个0.01μF~0.1μF高频电容,以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线,连线应靠近电源端并尽量粗短,否则,等于增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果。
⑸布线时避免90度折线,减少高频噪声发射。
⑹可控硅两端并接RC抑制电路,减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的)。
2、切断干扰传播路径的常用措施
⑴充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好,整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器,以减小电源噪声对单片机的干扰。比如,可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路,当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。
⑵如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路)。控制电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路)。
⑶注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近,用地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。
⑷电路板合理分区,如强、弱信号,数字、模拟信号。尽可能把干扰源(如电机,继电器)与敏感元件(如单片机)远离。
⑸用地线把数字区与模拟区隔离,数字地与模拟地要分离,最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则,厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求。
⑹单片机和大功率器件的地线要单独接地,以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。
⑺在单片机I/O口,电源线,电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器,屏蔽罩,可显著提高电路的抗干扰性能。
⒊提高敏感器件的抗干扰性能
提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取,以及从不正常状态尽快恢复的方法。
提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下:
⑴布线时尽量减少回路环的面积,以降低感应噪声。
⑵布线时,电源线和地线要尽量粗。除减小压降外,更重要的是降低耦合噪声。
⑶对于单片机闲置的I/O口,不要悬空,要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。
⑷对单片机使用电源监控及看门狗电路,如:IMP809,IMP706,IMP813,X25043,X25045等,可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。
⑸在速度能满足要求的前提下,尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。
⑹IC器件尽量直接焊在电路板上,少用IC座。
⑴我习惯于将不用的代码空间全清成"0",因为这等效于NOP,可在程序跑飞时归位;
⑵在跳转指令前加几个NOP,目的同1;
⑶在无硬件WatchDog时可采用软件模拟WatchDog,以监测程序的运行;
⑷涉及处理外部器件参数调整或设置时,为防止外部器件因受干扰而出错可定时将参数重新发送一遍,这样可使外部器件尽快恢复正确;⑸通讯中的抗干扰,可加数据校验位,可采取3取2或5取3策略;
⑹在有通讯线时,如I^2C、三线制等,实际中我们发现将Data线、CLK线、INH线常态置为高,其抗干扰效果要好过置为低。5、硬件方面
⑴地线、电源线的布线肯定重要了!
⑷每个数字元件在地与电源之间都要104电容;
⑸在有继电器的应用场合,尤其是大电流时,防继电器触点火花对电路的干扰,可在继电器线圈间并一104和二极管,在触点和常开端间接472电容,效果不错!
⑹为防I/O口的串扰,可将I/O口隔离,方法有二极管隔离、门电路隔离、光偶隔离、电磁隔离等;
⑺当然多层板的抗干扰肯定好过单面板,但成本却高了几倍。
⑻选择一个抗干扰能力强的器件比之任何方法都有效,我想这点应该最重要。因为器件天生的不足是很难用外部方法去弥补的,但往往抗干扰能力强的就贵些,抗干扰能力差的就便宜,正如台湾的东东便宜但性能却大打折扣一样!主要看各位的应用场合了!
干扰成因:现有的国内卫星广播电视系统普遍采用的是透明转发器和单波束赋形收发天线。并且,因为地球静止轨道位置资源和无线频率资源有限,所以卫星的空间位置和工作频率必须向国际电联申报并要符合国际规定,其参数包括电视信号的编码方式都是公开的。抗干扰接头另外,卫星广播电视的频带利用方式通常由SCPC(单路单载波)和MCPC(多路单载波)两种方式。采用SCPC方式,多套节目可以通过频率分配共用同一卫星转发器,节省大量的地面节目接收设施,但是由于多载波上行存在互调干扰,转发器功率回退较多,功率利用率不高,而且由于每个载波间需要足够的保护频带,频带利用率也不高,卫星转发器较易受到其他载波信号的干扰,安全性较低。而MCPC方式下,多套节目共用一个完整的转发器经由同一上行站上行,由于单一载波上行,卫星转发器的功率资源可以得到充分利用,而且节省了多载波上行时的频率保护间隔,转发器可工作在饱和状态,安全得到了最大限度的保护,但也相应增加了地面信号引接设施。
因此,现有的卫星广播电视系统较易受到非法信号的干扰。并且传输体制采取SCPC较MCPC更易受到非法信号的干扰。
2、干扰类型及应对措施
从干扰来源上说,主要分为自然现象干扰、设备故障干扰、地面电磁环境干扰、邻星干扰与人为原因造成的干扰等,有些干扰是相互交叉。
自然现象干扰主要包括日凌干扰、雨雪衰等。日凌干扰目前尚无有效的方法来避免,一般卫星公司会把各地的日凌时间通知用户,以便用户提前做好准备,地球站可通过增大天线口径和接收灵敏度来缩短日凌干扰的持续时间。而雨(雪)衰所导致的接收信号的恶化有一个渐变过程,可以通过补偿上行链路的雨(雪)衰损耗和留出足够的下行链路的雨衰备余量,来降低因雨(雪)衰造成的损失。
设备故障干扰主要包括卫星故障干扰和地面设备故障干扰两大类。卫星设备故障干扰可以通过及时切换备份器件,严重时转星或者更换转发器来解决。而地面设备故障干扰又分为中频转发干扰、地面调频广播干扰、交调干扰、杂散干扰等。前两者都是属于中频引入的干扰,可通过卫星公司协助排查干扰源以及地球站做好相应的系统或传输线路的电磁屏蔽工作来减小受干扰的可能性。杂散干扰可通过卫星公司改变受影响转发器的增益档设置、地球站相应提高上行功率来减少干扰影响。交调干扰可通过地球站严格控制上行功率以及确保调制解调器、上变频器、发射机等有足够的预留回退余量来解决。
地面电磁环境干扰主要包括微波通信中继信号干扰、雷达信号干扰等,可以通过电磁检测和频率协调,以及电磁屏蔽手段来解决问题。抗干扰电容3、地球站的抗干扰系统实现抗干扰地球站的抗干扰措施。通过以上对干扰现象的分析,目前,各地球站可以采取以下抗干扰措施。
⑴上行地球站应使用大功率发射机和大口径高增益发射天线:一旦卫星受干扰时,减小星上接收机增益,加大上行功率,以增强转发器输入载噪比,减小干扰影响。
⑵上行地球站应使用大功率MCPC上行信号推至转发器饱和点:传送电视节目少用或不用SCPC信号,从而利用转发器饱和点强信号对弱信号的抑制作用特性,进一步减小非法干扰影响。
⑶上行地球站应配备相应的抗干扰系统,通过对地球站所有设备的实时监控,对各类干扰及时发现、判断和处理。
随着国民经济的发展,无线通信已被广泛地应用在国民经济的各个领域和人们的日常生活中,特别是公用移动通信的迅速发展,社会上使用的各种无线通信设备的数量急剧上升。现代战争中,指挥通信、军事情报、兵器控制都日益依赖于电子设备,特别是无线电设备的支持。信息战和电子战作为一种崭新的作战形式涉及军事领域,开辟了继陆海空战场之后的第四维战场--电磁战场..为了提高通信系统信息传输的可靠性,对抗各种形式的干扰,人们采用了各种通信抗干扰技术,保护通信系统在干扰环境下能准确、实时、不间断地传输信息。因此,对通信抗干扰原理和技术进行系统的介绍是很有必要的。一般说,通信抗干扰的基本体系、方法、措施可分为三类:
⑴信号处理。如直接序列扩频技术(DS-SS),其关键参量是作为时间函数的相位;跳频技术(FH-SS)其关键参量是作为时间函数的载频;等等。
⑵空间处理。如采用自适应天线调零技术,当接收端受到干扰时,使其天线方向图零点自动指向干扰方向,以提高通信接收机的信干比。
⑶时间处理。如猝发传输技术,由于通信信号在传输过程中暴露的时间很短暂,从而大大降低了被干扰方侦察、截获的概率。
通信抗干扰技术研究的就是在已知或预测敌方的干扰手段情况下,在上述技术基础上(当然不排除以后有新的技术类别)选取适当的技术手段来消除或减轻敌方干扰,而使我方需要进行的通信能够延续的一项技术。对敌方的干扰性质,强度、种类、手段、采用的体系,了解得越清楚,采取的措施越有针对性,取得的效果也越好。由于敌方的对抗手段往往是综合的、多变的,有的可能是完全新颖的,所以抗干扰的手段也必须采取多种方式的结合才能取得较好的效果。
通信抗干扰技术的特点:
⑴对抗性强,技术综合性强,难度高,发展快,某种程度上说是敌我双方智慧和技术的斗争。通信的成败关系着战争的胜负,所以此技术对抗性很强。通信抗干扰有了新技术,搞对抗的就想新的对策,反过来也一样,这样就促进了技术的发展和难度的提高。
⑵对技术的实用性和可靠性的要求高,通信抗干扰必须在战场上实际解决问题。指标高而不可靠或不实用是不能容忍的,其后果不堪设想。
军用卫星通信抗干扰手段
⑴直接序列(DS)扩频
所谓直接序列扩频,就是直接用高码率的扩频码序列(通常是伪随机序列)在发射端去扩展信号的频谱,使单位频带内的功率变小,即信号的功率谱密度变低,通信可在信道噪声和热噪声的背景下,使信号淹没在噪声里,敌方很不容易发现有信号存在。而在接收端,用相同的扩频码去进行解扩(缩谱),即可把DS扩频信号能量集中,恢复原状,又能把干扰能量分散并抑制掉。因此,该体制的最大特点是信号隐蔽性好,被截收的概率小,抗干扰能力随着码序列的长度增加而加强。通常认为,直扩信号要隐蔽,其码长不能低于32位。DS扩频技术在军事星(Milstar)、租赁卫星(LEASAT)和舰队通信卫星(FLTSATCOM)等军用通信卫星中得到应用。⑵跳频(FH)
所谓跳频,是指用一定码序列去选择的多频率频移键控,使载波频率不断跳变,这是一种以"躲避"方式为主的抗干扰体制。为了对付跟踪式干扰,各国都力图提高跳频速度。20世纪80年代跳频速度一般在200跳/秒左右,目前,跳速可达300~500跳/秒。美国的军事星和舰队通信卫星7号和8号上装有的极高频(EHF)组件,上下行均使用了跳频技术。军事星-2的跳频范围达2GHz带宽。抗干扰器⑶跳时(TH)
跳时是用一定的码序列进行选择的多时片的时移键控,使发射信号在时间轴上跳变。从抑制干扰的角度来看,跳时得益甚少,唯一的优点是在于减少了占空比,一个干扰发射机为取得干扰效果就必须连续发射,因为干扰机不易识破跳时所使用的伪码参数。
在上述几种基本的抗干扰方式的基础上,可以互相组合,构成各种混合方式。例如FH/DS、DS/TH、FH/TH或DS/FH/TH等。采用两维甚至三维的混合式抗干扰技术体制是国外抗干扰通信发展的一个趋势。例如,将跳频信号用直扩码进行调制的跳频/直扩(FH/DS)混合抗干扰体制,这种体制每一跳频率点均以直扩信号方式出现,直扩信号的特点是其功率谱密度低,敌方难以侦收,即使侦收出来,只要侦收时间超过跳频所需时间,也无法进行跟踪干扰。美国的军事星和舰队通信卫星采用了跳频/直扩混合体制,美国的三军联合战术信息发布系统(JTIDS)就采用跳时、跳频加直扩的三维抗干扰技术体制。
⑸扩展频段,发展微波、毫米波、光通信
美国的国防通信卫星系统(DSCS)、英国的天网(Skynet)和北约(NATO)卫星最初工作在超高频(SHF)(约8GHz)。在90年代,DSCSⅢ为了适应移动通信的需要,增加了UHF频段。而天网4(SkynetⅣ)和北约4(NATOⅣ)除了增加UHF频段外,还增加了用于试验提高抗干扰性的EHF(44GHz)上行信道。美国海军的特高频后续星(UFO)系列从第4颗卫星开始,星上增加了一个与军事星兼容的EHF通信分系统,而且其舰队广播上行链路使用SHF频段。美国的军事星系统使用60GHz的星际链路,由于该频率上大气层的衰减很高,所以星际链路不受地基电子战设备的截收和干扰,而其星地链路在EHF频段(上行44GHz,下行20GHz)。卫星采用光通信时和电波之间不存在干扰问题,而且光通信能实现1Gbit/s以上的大容量卫星通信,美国NASA、欧洲ESA、日本等国正在大力研究光通信技术。
⑹多波束天线和干扰置零技术
美国的国防卫星通信系统(DSCSⅢ)的多波束天线(含19个发射波束和61个接收波束)能够根据敏感器探测到的干扰源位置,通过波束形成网络控制每个波束的相对幅度和相位,使天线在干扰方向上的增益为零。军事星和舰队通信卫星EHF组件都有点波束天线,使点波束之处的干扰很难奏效。
⑺转发器加限幅器抗饱和抗干扰未采用扩频调制技术等上述技术的透明式线性转发器,其抗干扰性是很弱的,使用常规的干扰样式和与地球站的发射功率相当的干扰功率就可把它推入饱和区,而使它无法正常工作。带有限幅器的转发器,其抗干扰性优于线性转发器。但由于它具有强信号抑制弱信号的作用,只要干扰功率足够大,干扰仍可奏效。

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