第6講 抗干擾通信與通信干擾技術(shù)

1、第6講 抗干擾通信與通信干擾技術(shù),GMSK的調(diào)制原理圖,復(fù)習(xí),輸入數(shù)據(jù)序列先進行π/2相移BPSK調(diào)制，然后將該信號通過鎖相環(huán)對BPSK信號的相位突跳進行平滑，使得信號在碼元轉(zhuǎn)換時刻相位連續(xù)，且沒有尖角。,第1種方法：各子載波間的間隔足夠大，使各路子載波上的已調(diào)信號的頻譜不相重疊。第2種方法：各子載波間的間隔選取，使已調(diào)信號的頻譜部分重疊。第3種方法：各子載波是互相正交的，且各子載波的頻譜有1/2重疊。,多載波傳輸技術(shù),(a)傳統(tǒng)

2、的頻分復(fù)用；(b)3dB頻分復(fù)用；(c)OFDM,節(jié)省帶寬,復(fù)習(xí),GMSK的調(diào)制,復(fù)習(xí),波形存儲正交調(diào)制器產(chǎn)生GMSK信號,GMSK的解調(diào),復(fù)習(xí),(a)1比特差分調(diào)節(jié)器 (b)2比特差分解調(diào)器GMSK 信號差分解調(diào)器原理,OFDM基本原理OFDM信號可以用復(fù)數(shù)形式表示為,將上式與離散傅立葉反變換(IDFT)形式,比較式(1)和式(2) ，若將dm(t)看作頻率采樣信號，則sOFDM(kT)為對應(yīng)的時域信號。比較以上兩式可以看

3、出，若令,則式(1)和式(2)相等，因此，OFDM信號的產(chǎn)生可以用IDFT 實現(xiàn)，同理，OFDM的解調(diào)可以用DFT實現(xiàn)，工程上采用FFT技術(shù)。,(1),(2),復(fù)習(xí),采用IFFT和FFT的OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu),復(fù)習(xí),第6講 抗干擾通信與通信干擾技術(shù) 6.1 無線電通信干擾 6.2 無線電通信的反偵察與抗干擾 6.3 直接序列擴頻通信技術(shù) 6.4 調(diào)頻通信技術(shù) 6.5 干擾抑制技術(shù),隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，無線通信

4、已被廣泛地應(yīng)用在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域和人們的日常生活中，特別是公用移動通信的迅速發(fā)展，社會上使用的各種無線通信設(shè)備的數(shù)量急劇上升。現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，指揮通信、軍事情報、兵器控制都日益依賴于電子設(shè)備，特別是無線電設(shè)備的支持。信息戰(zhàn)和電子戰(zhàn)作為一種嶄新的作戰(zhàn)形式涉及軍事領(lǐng)域，開辟了繼陸?？諔?zhàn)場之后的第四維戰(zhàn)場——電磁戰(zhàn)場。為了提高通信系統(tǒng)信息傳輸?shù)目煽啃?，對抗各種形式的干擾，人們采用了各種通信抗干擾技術(shù)，保護通信系統(tǒng)在干擾環(huán)境下能準確、實時、不

5、間斷地傳輸信息。,引言,信息戰(zhàn)的內(nèi)容電子對抗。如：電磁波的偵測與隱蔽、通信干擾與抗干擾、雷達干擾與抗干擾等。網(wǎng)絡(luò)對抗。如：計算機病毒、軟件攻擊等。消息對抗。如：加密與解密、消息的收集與欺騙等。,特點高度的對抗性極端的機密性應(yīng)用的綜合性對實戰(zhàn)環(huán)境的依賴性采用新技術(shù)的超前性,信息戰(zhàn)的內(nèi)容及特點,通信偵察：使用通信偵察設(shè)備來探測、搜索、截獲敵方的無線通信信號，對信號進行測量、分析、識別、監(jiān)視以及測向和定位，以獲取信號頻率、電平

6、、調(diào)制方式等技術(shù)參數(shù)以及電臺位置、通信方式、通信特點、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和屬性等情報。通信干擾：使用通信干擾設(shè)備發(fā)射專門的干擾信號，破壞或擾亂敵方的無線通信，是通信對抗的進攻手段。通信抗干擾：在軍事通信設(shè)備及系統(tǒng)中采用的通信反偵察、反干擾措施，是通信對抗的防御手段。,通信對抗的分類,干擾種類設(shè)備內(nèi)部的干擾，如：收發(fā)干擾、鄰道干擾等。現(xiàn)場非敵意干擾。如：多徑干擾、多用戶干擾、環(huán)境噪聲干擾、其它電臺的干擾等?，F(xiàn)場的敵意干擾。指敵方為電子戰(zhàn)需

7、要而施放的干擾。,敵意干擾的式樣阻塞干擾、壓制干擾跟蹤干擾、瞄準干擾窄帶干擾、單頻干擾寬帶干擾、梳狀干擾、脈沖干擾升空干擾智能化干擾,軍事通信的干擾環(huán)境,通信抗干擾的方法分類,1、頻率處理。采用頻率域處理，如直接序列擴頻 (DS)、跳變頻率擴頻 (FH)等。2、空間處理。采用空間域處理，如采用自適應(yīng)天線調(diào)零技術(shù)。3、時間處理。采用時間域處理，如猝發(fā)傳輸技術(shù)。4、其它數(shù)字處理如：干擾抵銷、糾錯編碼等。,通

8、信抗干擾技術(shù)研究的就是在已知或預(yù)測敵方的干擾手段情況下，在上述技術(shù)基礎(chǔ)上(不排除以后有新的技術(shù)類別)選取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段來消除或減輕敵方干擾，而使我方需要進行的通信能夠延續(xù)的一項技術(shù)。對敵方的干擾性質(zhì)，強度、種類、手段、采用的體系，了解得越清楚，采取的措施越有針對性，取得的效果也越好。由于敵方的對抗手段往往是綜合的、多變的，有的可能是完全新穎的，所以抗干擾的手段也必須采取多種方式的結(jié)合才能取得較好的效果。,研究內(nèi)容,通信抗干擾技術(shù)的特點,

9、1、對抗性強、技術(shù)綜合性強、難度高、發(fā)展速度快，某種程度上說是敵我雙方智慧和技術(shù)的斗爭。通信的成敗關(guān)系著戰(zhàn)爭的勝負，所以此技術(shù)對抗性很強。通信抗干擾有了新技術(shù)，搞對抗的就想新的對策 ，反過來也一樣，這樣就促進了技術(shù)的發(fā)展和難度的提高。2、對技術(shù)的實用性和可靠性的要求高，通信抗干擾必須在戰(zhàn)場上實際解決問題。指標高而不可靠或不實用是不能容忍的，其后果不堪設(shè)想。,技術(shù)難點,1、提高跳頻速率有利于抗干擾，但跳速提高需解決如下問題：接收機中頻濾

10、波器產(chǎn)生的瞬時擾動問題；發(fā)射機功率輸出截止狀態(tài)產(chǎn)生的過渡問題；頻率合成器高速頻率切換問題；對鄰道的干擾問題。2、擴頻系統(tǒng)中常用的專用高速集成電路(例高速PN碼發(fā)生器、調(diào)制器等)及數(shù)字信號處理器DSP的開發(fā)和研制生產(chǎn)是通信抗干擾技術(shù)突破的重要保證。3、新型擴頻碼的研究和工程化，既是發(fā)展方向，又是技術(shù)難點。4、自適應(yīng)天線對于干擾信號的抑制原理，正在成為通信抗干擾技術(shù)的一個重要方面。但在HF/VHF/UHF實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)零天線，目前尚有一

11、定困難。,國外概況,在電子對抗中，誰贏得了通信的主動權(quán)，誰就可以取得戰(zhàn)爭的勝利?？垢蓴_通信是電子戰(zhàn)的一部分，國外許多國家都非常重視通信抗干擾技術(shù)的發(fā)展，都投入大量人力、物力、財力進行通信抗干擾技術(shù)的研究。由于擴展頻譜抗干擾通信技術(shù)(簡稱：擴頻抗干擾通信技術(shù)，或擴譜抗干擾通信技術(shù))具有信號頻譜寬、波形復(fù)雜、參數(shù)多變、安全隱蔽等顯著特點，已成為當(dāng)代通信抗干擾技術(shù)的重要發(fā)展方向和體制，也成為通信對抗技術(shù)的主要發(fā)展方向與體制。,國外概況,國外常

12、用的有直接序列擴頻技術(shù)、跳變頻率擴頻技術(shù)、跳變時間擴頻技術(shù)、混合擴頻技術(shù)等。此外，還有非擴展頻譜類的抗干擾技術(shù)，如自適應(yīng)天線技術(shù)、猝發(fā)通信技術(shù)、糾錯編碼與交織編碼技術(shù)、分集技術(shù)等。本課程以擴展頻譜技術(shù)為主，適當(dāng)結(jié)合其它方式來介紹通信抗干擾技術(shù)。,6.1.1 基本原理及關(guān)鍵技術(shù)1、干擾方式與樣式窄帶瞄準式干擾：干擾頻譜與目標頻譜瞄準的干擾。按瞄準程度又可分為準確瞄準干擾和半瞄準式干擾。按引導(dǎo)方式可分為定頻守候式、掃頻搜索式（連續(xù)/重

13、點）、跟蹤式等。特點：干擾功率利用率高，效果好，且不會對己方通信造成干擾。但需要偵察手段支持，對實時性要求高、設(shè)備復(fù)雜、技術(shù)難度大，一般用于對敵方重點目標進行干擾。,6.1 無線電通信干擾,寬帶攔阻式干擾：輻射寬帶干擾，可以干擾多個窄帶信號，其頻譜均勻分布或梳形分布。按產(chǎn)生方法不同分為掃頻式、脈沖式和多干擾源線性疊加式阻攔干擾。特點：與瞄準式相反，無需嚴格的偵察和頻率瞄準，設(shè)備簡單、方便實施，但干擾利用率低，需要的干擾功率很大。

14、,6.1.1 基本原理及關(guān)鍵技術(shù)1、干擾方式與樣式按作用時間的不同可分為連續(xù)干擾和脈沖干擾。干擾在時間上無須完全覆蓋信號，只要干擾在時域分布上達到一定密度，脈沖干擾也能完全壓制通信。干擾樣式：是對干擾的時域、頻域的統(tǒng)計特性的總概括。按干擾是否具有隨機性分為確定干擾和隨機干擾；按幅度分布特性可分為平滑干擾和脈沖干擾。常見樣式有：白噪聲、單頻連續(xù)波、噪聲調(diào)制(AM/DSB/SSB/FM)波、隨機鍵控(ASK/FSK/PSK)干擾等

15、。,2、干擾壓制系數(shù)、最佳干擾樣式和絕對最佳干擾樣式理想接收機與最佳干擾樣式信號和干擾的特性已知時，必能按某種準則從理論上確定一種最佳接收形式——理想接收機(如匹配濾波器就是對相應(yīng)匹配信號的理想接收機)與理想接收機相對應(yīng)，對于一定的信號和接收方法，從理論上可以確定一種最佳干擾樣式，采用該種樣式，在該信號接收機結(jié)構(gòu)下，能比采用其他任何干擾樣式產(chǎn)生更好的干擾效果，這種干擾樣式稱作最佳干擾樣式。,壓制系數(shù)：為保證對被干擾無線電

16、通信系統(tǒng)的有效壓制，進入該系統(tǒng)接收機輸入端通頻帶所需的最小干擾功率與有用信號功率的比值Pji進入接收機的干擾功率；Psi接收機接收的有用信號功率。對無線電通信系統(tǒng)，壓制系數(shù)應(yīng)保證干擾所產(chǎn)生的誤碼率不小于15%~20%。,只要干擾功率足夠大，無論何種樣式終將導(dǎo)致接收機無法正常工作。最佳干擾（樣式）：針對某種信號形式的給定接收方式，能以最小干擾功率達到最好干擾效果的干擾樣式。對干擾方而言希望選擇干擾樣式的壓制系數(shù)

17、越小越好。最佳干擾樣式由信號的類型、調(diào)制方式和接收（解調(diào)）方法決定。還要考慮技術(shù)上的可能性、復(fù)雜度、目標電臺的威脅程度，以及經(jīng)濟代價等因素，有時也采用干擾效果一般的干擾樣式。,絕對最佳干擾：是指對于已知信號形式的所有可能的接收方式，都有比較小的壓制系數(shù)的干擾樣式。當(dāng)干擾的目標具有多種接收方式或不清楚目標的接收方式時，從對所有的接收方式都有較好的干擾效果出發(fā)，應(yīng)該選擇絕對最佳干擾樣式。,3、通信干擾方程在通信干擾中，確定干擾

18、鏈路與目標通信鏈路之間的功率、天線增益與路徑損耗關(guān)系的方程稱為干擾方程。由通信干擾方程可進行干擾功率、作用范圍的概算，并分析提高干擾效果的措施。,3、通信干擾方程由通信與干擾鏈路的功率傳輸模型可以推出以目標接收機輸入干信比表示的通信干擾方程：,Lf——干擾與信號的頻域重合損耗（濾波損耗）Lt——干擾與信號的A時域重合損耗Lp——極化損耗,4、對有效干擾信號的特性要求設(shè)壓制系數(shù)為K，由干擾方程得，當(dāng)通信被壓制，該式為通信

19、干擾方程的一般形式。,4、對有效干擾信號的特性要求由干擾方程對影響干擾效果的因素進行分析，可以得到有效干擾的特性要求：（1）必要的干擾輻射功率（2）干擾與目標信號的空間、時間、頻率和極化的重合(對應(yīng)的Lj、Lf、Lt、Lp很小)（3）合適的干擾樣式(不同的樣式，K不同),5、功率信號的產(chǎn)生干擾功率信號由激勵器和功率放大器產(chǎn)生，激勵器完成干擾源的產(chǎn)生和調(diào)制，其輸出功率較小。功率的放大由功率放大器（需要較高的增益）完成。高增益的

20、放大器隨著時間和溫度的變化容易不穩(wěn)定并產(chǎn)生自激振蕩，因此常采用串聯(lián)/并聯(lián)的方法將多個放大器連在一起來獲得需要的功率輸出。,6、干擾機的功率共享通常一部頻率瞄準式干擾機只能同時干擾一個目標，如果采用功率共享技術(shù)，則可實現(xiàn)一機干擾多目標，提高設(shè)備的利用率。7、對模擬通信的干擾由于FM存在門限效應(yīng)，噪聲調(diào)頻是干擾FM目標的最好波形。兩個同頻的信號同時達到接收機，強的信號支配接收機，或多或少的抑制了弱信號，所以進入FM接收機的干擾功率只需

21、比FM信號的功率略高，即可捕獲接收機。采用AM調(diào)制的系統(tǒng)也存在門限效應(yīng)，但沒有FM調(diào)制的明顯。,8、對數(shù)字通信的干擾干擾使系統(tǒng)誤碼率達到一定程度，信息傳輸就會被阻斷。要產(chǎn)生高的誤碼率，不需要連續(xù)不斷的干擾，對一個連續(xù)傳播的數(shù)字信號，達到50%的誤碼率，只需干擾50%的時間，通常軍事數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計的阻斷誤碼指標為10-2。對常規(guī)窄帶調(diào)制，阻斷數(shù)字通信比阻斷模擬通信更容易。干擾還會影響接收機同步系統(tǒng)的性能，產(chǎn)生同步誤差甚至失步。通

22、信方雖然可以采用足夠的編碼來抵消任何干擾，但此時，編碼效率如此之低，已沒有多少信息吞吐量了。,6.2.1 無線電通信反偵察無線電通信反偵察：是對敵方的無線電通信偵察活動所采取的反對抗措施。具體內(nèi)容包括：反搜索截獲、反參數(shù)測量、反測向定位、反分析識別。目的是使敵方的偵察活動無法獲得己方通信系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)和戰(zhàn)術(shù)運用的情報，或者得到錯誤的信息。,6.2 無線電通信的反偵察與抗干擾,無線電通信反偵察的基本原理主要要求發(fā)射信號具有低的截獲

23、概率和低的利用概率，從而使己方通信信號難以被敵方截獲，即使被截獲也很難提取特征參數(shù)和分析識別，難以從中獲得任何情報。信號被偵察的概率主要和信號的形式、檢測方法、信噪比和檢測時間有關(guān)。在信號形式、檢測時間一定的條件下降低偵察接收機的輸入信噪比可以降低信號被偵察的概率。,無線電通信反偵察的主要技術(shù)（1）擴頻技術(shù)(Spread Spectrum, SS)分為直接序列擴頻(DS)、跳頻(FH)、跳時(TH)和混合擴頻技術(shù)，主要特

24、性是信號的功率普密度低，在時域、頻域分布具有偽隨機性，隱蔽性好。（2）方向性天線及智能天線技術(shù)通過發(fā)送波束形成使天線方向圖最大值方向?qū)式邮諜C，有效控制信號能量在空域的分布。（3）猝發(fā)傳輸技術(shù)突發(fā)通信(瞬時或猝發(fā)通信)，將編碼壓縮后在極短時間內(nèi)快速發(fā)送的傳輸體制。具有時域、頻域分布的隨機性和短暫性，比較隱蔽。,（4）電磁屏蔽技術(shù)通過偵察系統(tǒng)施放干擾，降低了進入偵察接收機的輸入信噪比，從而減低了信號被截獲的概率。

25、（5）采用反偵察能力強的通信方式如光纜通信、激光通信、微波接力、流星余跡通信和中微子通信等。（6）開發(fā)新的通信頻段和通信體制,6.2.2 無線電通信抗干擾民用通信系統(tǒng)的干擾有自然干擾和無意的人為干擾。軍用通信所面臨的干擾除了各種自然干擾和無意的人為干擾，更主要的是有意的人為壓制干擾的威脅。軍事通信抗干擾是對敵方有意的壓制干擾活動所采取的反對抗措施，即采取措施消弱或消除敵方通信干擾的有害影響，保障在干擾環(huán)境下己方信息

26、傳輸?shù)挠行院涂煽啃浴?無線通信抗干擾的原理干擾容限（Mj）：系統(tǒng)尚能工作時，接收機允許輸入的最大擾信比。它反映系統(tǒng)在干擾環(huán)境中對干擾的耐受能力，其值與干擾方式和樣式、信號形式和接收方法有關(guān)。當(dāng)干擾進入接收機后，不考慮門限效應(yīng)，一個通信系統(tǒng)能正常工作的條件是,無線通信抗干擾的原理可以通過降低輸入擾信比和提高系統(tǒng)的干擾容限兩方面措施來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。（1）降低接收機的輸入擾信比提高信號的發(fā)射功率PTs、發(fā)

27、射與接收天線的增益（GTs、GRs）、干擾的傳輸路徑損耗（Lj）、干擾與信號的時域、頻域和極化重合損耗Lt、 Lf、Lp，以及減小信號的傳輸路徑損耗（Ls）都可以降低輸入擾信比。PTj、GTj、GRj由干擾方控制，被干擾方無法隨意改變。,無線通信抗干擾的原理可以通過降低輸入擾信比和提高系統(tǒng)的干擾容限兩方面措施來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。（2）提高系統(tǒng)的干擾容限,無線通信抗干擾的原理可以通過降低輸入擾信比和提高系統(tǒng)的干擾容限兩

28、方面措施來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。（2）提高系統(tǒng)的干擾容限通過提高Gp，降低Lsys、 就可以提高系統(tǒng)的干擾容限，從而提高抗干擾能力。,最低輸出質(zhì)量要求的最小信擾比,無線通信抗干擾技術(shù)（1）降低接收機的輸入擾信比的技術(shù)1）增大通信信號發(fā)射功率 發(fā)射功率增加一倍(3dB)，接收機輸入擾信比相應(yīng)提高一倍(3dB) 。問題：受實際設(shè)備的限制；另外，通信功率

29、的增加，會增加對己方通信網(wǎng)的干擾，也會增加被對方通信對抗系統(tǒng)檢測和干擾的概率。通常采用自適應(yīng)功率控制技術(shù)來提高系統(tǒng)的抗干擾性能。根據(jù)干擾電平的高低自動調(diào)整發(fā)射機的輸出功率。這樣既省功率，又能壓制干擾，也降低對友鄰電臺的干擾。,2）提高發(fā)射/接收天線的增益（GTs、GRs）、降低接收天線在干擾方向的增益（GRj）收發(fā)雙方都采用強方向性天線，前提是收發(fā)雙方特別是發(fā)方必須預(yù)先知道彼此的方位，但在雙方相對高速移動時會受到影響。可使發(fā)

30、信機采用全向天線而收信機采用定向天線或自適應(yīng)調(diào)零天線。3）降低通信信號傳輸?shù)穆窂綋p耗Ls、增大干擾路徑損耗Lj降低通信頻率、縮短通信距離、提高通信收發(fā)天線的高度、選擇有利于信號傳播而不利于干擾信號傳播的地形地物并盡可能設(shè)法阻止干擾方采取相應(yīng)措施。,4）增大干擾和信號的時域、頻域和極化重合損耗（Lt、Lf、Lp）使信號和干擾在時域、頻域和空域錯開，減小干擾對系統(tǒng)的影響。采取這類措施的基本方法是：提高信號在時域、頻域

31、和空域分布的隱蔽性、隨機性、變化性和短暫性。降低信號被干擾方截獲的概率，增加干擾方實現(xiàn)干擾和信號的時域、頻域和空域重合的難度。,（2）提高系統(tǒng)的干擾容限的技術(shù)1）提高接收機的信擾比處理增益（Gp）①擴頻技術(shù)：擴頻技術(shù)實質(zhì)就是先將信號的帶寬擴展，然后送入信道傳輸，在接收端通過相關(guān)處理，使有用信號的頻譜壓縮而噪聲和干擾的頻譜不僅不會被壓縮，反而被擴展得更寬，通過窄帶濾波器提取有用信號，濾掉噪聲和干擾。②干擾抑制技術(shù)：利用干

32、擾和信號的區(qū)別，通過對接收的含擾信號進行各種時域、變換域和空域有選擇性的濾波，保留信號，抑制干擾，獲得抗干擾信噪比處理增益。,2）降低Lsys的技術(shù)是由于系統(tǒng)設(shè)計不理想、或干擾的影響，使系統(tǒng)實際實現(xiàn)的處理增益比理論值低，產(chǎn)生損耗，對不同系統(tǒng)可采取不同措施來降低損耗。如對擴頻系統(tǒng)可采取以下措施：①適當(dāng)選取中放濾波器帶寬，使輸出信噪比盡可能提高，同時還要確保中放濾波器的線性失真足夠小。②采用性能良好的解擴相關(guān)器。③提

33、高決定相關(guān)采樣時刻精度的位同步提取精度。,3）降低對解調(diào)器輸入最小信擾比 的要求①信源編碼，好的信源編碼在較大的誤碼率下，解碼輸出的信號仍有較好質(zhì)量，對解調(diào)器輸入信擾比要求較低。②信道編碼，采用信道編碼可以使譯碼后的誤碼率降低。③有效的調(diào)制方式，不同的調(diào)制方式，抗干擾性能不同。,通信系統(tǒng)的以上抗干擾技術(shù)可總結(jié)為： “隱”——提高信號隱蔽性（限于軍事通信）； “避”——就是對干擾

34、進行回避； “消”——就是對干擾進行抑制； “抗”——提高系統(tǒng)傳輸信息對干擾的耐受能力。,無線通信抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)涉及通信系統(tǒng)的方方面面，如業(yè)務(wù)類型、信源編碼、信道編碼、調(diào)制、天線、發(fā)射功率、電波傳播和接收機的解調(diào)、譯碼等。提高干擾容限是從系統(tǒng)內(nèi)部考慮的抗干擾技術(shù)，使抗干擾最根本的技術(shù)。對特定的系統(tǒng)，提高接收機的信擾比處理增益可以提高干擾容限，獲得信擾比增益的主要技術(shù)是擴頻和干擾抑制技術(shù)。,6.3.1 DS擴頻

35、技術(shù)的基本原理DS擴頻通信系統(tǒng)模型 為了解擴，接收端必須產(chǎn)生與發(fā)送端嚴格同步的擴頻碼序列，這是擴頻碼同步電路的任務(wù)。信道編碼可以進一步提高系統(tǒng)的傳輸性能。,6.3 直接序列擴頻通信技術(shù),不編碼DS/BPSK系統(tǒng)的基本原理傳統(tǒng)的BPSK調(diào)制信號表示為式中P為信號功率，f0為載波頻率，信息速率Rb=1/Tb不編碼的DS/BPSK可以表示為c(t)為PN碼序列，其速率稱為碼片速率Rc=1/Tc

36、。碼片速率是信息速率的整數(shù)倍，遠高于信息速率。,6.3.1 DS擴頻技術(shù)的基本原理,6.3.1 DS擴頻技術(shù)的基本原理,不編碼DS/BPSK系統(tǒng)的基本原理擴頻因子：相對m(t)而言，c(t)的頻譜是寬帶的，所以頻譜被擴展，擴展程度與Rc與Rb的比率有關(guān)，Rc/Rb稱為擴頻因子，用N表示。DS/BPSK的擴頻和解擴：由于信息碼元和擴頻的PN碼都是二進制序列，并且是對同一載波進行相移鍵控，所以可以先擴頻再調(diào)制。發(fā)端可以

37、先將兩路編碼序列模2相加（等效為相乘），然后對載波進行PSK調(diào)試。接收端先進行解擴，去掉擴頻碼，恢復(fù)窄帶信號。解擴得方法也很簡單，只要產(chǎn)生一個與發(fā)端同步的相同偽隨機碼序列對接收信號進行相乘運算，就能將擴頻碼去掉。,DS/BPSK擴頻和解擴方法,6.3.1 DS擴頻技術(shù)的基本原理,DS/BPSK信號頻譜特性,6.3.1 DS擴頻技術(shù)的基本原理,DS/BPSK信號頻譜特性在平均功率相同的情況下，擴頻信號的帶寬擴展了N=Tb/

38、Tc倍，功率譜密度下降了N倍。在白噪聲信道中，為了正常接收BPSK信號，需要接收端信號功率譜中心點密度與噪聲譜密度比值為10dB，那么在發(fā)送功率不變的條件下，采用DS/BPSK，在N=1024時，帶寬擴展了1024倍，信號功率譜密度下降1024倍（30dB），接收端信號功率譜中心點密度與噪聲譜密度比值為-20dB，擴頻信號完全淹沒在噪聲中了。,6.3.1 DS擴頻技術(shù)的基本原理,6.3.2 DS擴頻系統(tǒng)的調(diào)制方式,DS主要

39、用于數(shù)字通信，調(diào)制方式可以采用ASK、PSK、FSK、MSK等多種數(shù)字調(diào)制方式，但最常用的是BPSK或QPSK，原因如下：（1）相位調(diào)制具有較好的傳輸性能（2）擴頻和解擴通過簡單的相乘運算就能完成，實現(xiàn)簡單。（3）DS/PSK信號無離散譜，類似噪聲譜特性，信號隱蔽性好。,DS/QPSK擴頻系統(tǒng)的調(diào)制方式,第1種實現(xiàn)方法，擴頻信號在解擴后等效為QPSK信號，用QPSK解調(diào)；第2種方法在解擴后等效為兩路BPSK信號，用BPSK

40、解調(diào)。,6.3.2 DS擴頻系統(tǒng)的調(diào)制方式,6.3.3 DS擴頻系統(tǒng)的處理增益,DS通信中，對處理增益Gp有多種定義。這里采用目前較通用的定義方法，即Gp為DS系統(tǒng)占據(jù)的總帶寬Wss與信息速率Rb的比。 Wss近似等于碼片速率，即Wss ≈Rc=1/Tc這樣定義的好處是處理增益Gp與調(diào)制方式和編碼體制無關(guān)，當(dāng)信息速率和總帶寬給定時，處理增益Gp具有唯一性，其大小對DS系統(tǒng)的抗干擾性能起主要作用。,對于未編碼的DS/（B

41、PSK/QPSK）體制，處理增益為：在相同信息速率和擴頻帶寬的情況下，DS/BPSK與DS/QPSK具有不同的擴頻因子，但處理增益相同。對于編碼的DS/(BPSK/QPSK)體制，傳輸速率Rt=Rb/γ，γ為編碼效率。此時處理增益為：,6.3.3 DS擴頻系統(tǒng)的處理增益,6.3.4 DS擴頻通信系統(tǒng)的特點,抗干擾能力強DS抗干擾能力與Gp成正比，頻譜擴展越寬，落入原始信號頻譜帶內(nèi)的干擾功率就越小，抗干擾能力

42、就越強。隱蔽性、保密性好，安全可靠信號完全淹沒在噪聲中，隱蔽性好，普通偵查設(shè)備很難發(fā)現(xiàn)；即使被發(fā)現(xiàn)，如果未掌握擴頻碼的規(guī)律，也無法正確接收，具有保密性，抗截獲能力強。,具有選址能力，可實現(xiàn)碼分多址通信(DS-CDMA)不同用戶選用不同的擴頻序列作為地址碼，只要選擇的擴頻碼序列具有尖銳的自相關(guān)特性和盡可能小的互相關(guān)特性，當(dāng)不同擴頻序列調(diào)制的多個擴頻信號同時進入接收機時，只有與本地擴頻碼相同的信號被解擴，而其他信號不能解擴，依然是

43、寬度類似白噪聲的信號。在多經(jīng)合衰落信道中的傳輸性能好因為擴頻信號占據(jù)很寬的頻帶，所以小部分的頻譜衰落不會使信號產(chǎn)生嚴重的畸變，故有抗頻率選擇性衰落的能力。在接收機中設(shè)置多個相關(guān)器，分別同步于多個多徑信號，實現(xiàn)多徑信號的分離和合并，可有效克服多徑效應(yīng)。,6.3.4 DS擴頻通信系統(tǒng)的特點,6.4 跳頻通信技術(shù),6.4.1 FH/SS技術(shù)的基本原理FH/SS (Frequency Hopping/Spreading Sp

44、ectrum)體制是將傳統(tǒng)的窄帶調(diào)制信號的載波頻率在一個偽隨機序列控制下進行離散跳變，從而實現(xiàn)頻譜擴展的擴頻方式。FH/SS技術(shù)以其優(yōu)良的抗干擾性能和多職組網(wǎng)性能在軍事無線電抗干擾通信、民用移動通信、現(xiàn)代雷達和聲納等電子系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。,6.4.1 FH/SS技術(shù)的基本原理,FH/SS通信系統(tǒng)基本模型為了解擴，接收端必須產(chǎn)生與發(fā)送端嚴格同步的跳頻序列，這是跳頻同步電路的任務(wù)。信道編碼可以進一步提高系統(tǒng)的傳輸性能

45、。,跳頻圖案頻率跳變時間間隔的倒數(shù)稱為跳頻速率，簡稱跳速，用Rh表示。每一跳（Hop）的載波頻率由“偽隨機碼產(chǎn)生器”產(chǎn)生的編碼選定，跳變規(guī)律又叫“跳頻圖案”。不同用戶使用不同的跳頻圖案，互不干擾。跳頻圖案通常用跳頻時頻矩陣圖表示。,F7F6F5F4F3F2F1F0,時序：f2、f4、f7、f1、f5、f3、f0、f6,6.4.1 FH/SS技術(shù)的基本原理,FH/SS通信系統(tǒng)主要用于數(shù)字通信，調(diào)制方式一般采用二進

46、制/多進制頻移鍵控（BFSK/MFSK）或差分相移鍵控（DPSK），其主要原因有以下幾點：1）跳頻等效為用碼序列進行多頻頻移鍵控的通信方式，可以直接和頻移鍵控調(diào)制相對應(yīng)。2）由于解跳后信號載波不再具有連續(xù)的相位，因此，在解跳后往往采用非相干解調(diào)方式，而MFSK和DPSK具有良好的非相干解調(diào)性能。,6.4.1 FH/SS技術(shù)的基本原理,傳統(tǒng)的BFSK調(diào)制信號表示為式中P為信號功率，f0為載波頻率，dn為二進制信息序列，信

47、息速率Rb=1/Tb，為獲得最佳性能，1和0碼對應(yīng)的信號要正交，要求滿足ΔfTb=0.5。不編碼的FH/BFSK可以表示為fn為第n個頻率跳變時間間隔內(nèi)的跳變載波頻率。,6.4.2 不編碼FH/BFSK的原理,如果用L個二進制隨機碼元來代表跳變載波頻率，那么L個二進制隨機碼元對應(yīng)2L個離散頻率點。BFSK信號的帶寬B=2Δf=1/Tb=Rb，是個窄帶信號，而FH/BFSK信號可以占據(jù)Wss=2LB帶寬。同DS的瞬時

48、帶寬頻譜不一樣，跳頻信號在每一瞬間是窄帶信號，但在一個足夠長的時間內(nèi)看為寬度信號。跳頻信號每個頻率點上具有相同的功率。,6.4.2 不編碼FH/BFSK的原理,在接收端首先進行解跳處理，假定收發(fā)跳頻碼序列嚴格同步，收端可以產(chǎn)生相應(yīng)的本地跳變載波信號：用c(t)與輸入信號進行混頻和濾波，得到一個具有固定頻率的BFSK窄帶信號y(t)，再用傳統(tǒng)的BFSK非相干解調(diào)方法恢復(fù)發(fā)端的數(shù)字序列dn。FH/SS的關(guān)鍵是同步。同DS

49、系統(tǒng)一樣，同步的建立過程包括捕獲和跟蹤過程。,6.4.2 不編碼FH/BFSK的原理,跳頻系統(tǒng)可分為快跳頻（FFH）系統(tǒng)和慢跳頻（SFH）系統(tǒng)。兩種定義快跳和慢跳的方法1）按絕對跳頻速率來分，小于1000跳/s為慢跳頻，大于1000跳/s為快跳頻。2）按相對跳頻速率來分，即根據(jù)Th和碼元周期Ts之間的關(guān)系來分?？焯l指在每個數(shù)據(jù)符號間隔內(nèi)存在多個頻率跳變，即Ts=mTh，m≥2；而滿跳頻則是每個跳頻頻率駐留時間內(nèi)存在一個以

50、上的數(shù)據(jù)符號，即Th=mTs，m≥1。第二種分類更科學(xué)，理論分析更具一般性,6.4.2 不編碼FH/BFSK的原理,6.4.3 碼片速率Rc,FH系統(tǒng)中的碼片速率Rc和DS中的碼片速率Rc概念不同。DS中， Rc定義為擴頻序列一個碼元占據(jù)的時間的倒數(shù)；FH中， Rc代表FH/MFSK在頻域的最小頻率間隔。根據(jù)信號檢測理論，對離散單頻信號進行最佳檢測的條件是各單頻信號在觀察時間內(nèi)相互正交，要求各單頻信號的頻率間隔應(yīng)等于

51、觀察時間倒數(shù)的整數(shù)倍，最小為觀察時間的倒數(shù)。,6.4.3 碼片速率Rc,對于FH/MFSK信號，設(shè)信息速率Rb=1/Tb，采用M進制，M=2K，每K個信息比特構(gòu)成一個數(shù)據(jù)符號，則符號速率為Rs=Rb/K=1/Ts。慢跳和快跳的相關(guān)參數(shù),6.4.4 處理增益Gp,同DS一樣，Gp為DS系統(tǒng)占據(jù)的總帶寬Wss與信息速率Rb的比。這樣定義的好處是處理增益Gp與調(diào)制方式和編碼體制無關(guān)，當(dāng)信息速率和總帶寬給定時，處理增益Gp具有唯一性，

52、其大小對DS系統(tǒng)的抗干擾性能其主要作用。,對于未編碼的FH/MFSK體制，M=2k，Rb=KRs，處理增益為：跳頻數(shù)Nt為整個Wss內(nèi)離散頻率點個數(shù)，它等于擴頻帶寬Wss/最小頻率間隔Rc。對于編碼的FH/MFSK體制，傳輸速率Rt=Rb/γ，γ為編碼效率。有Rb= γRt= γKRs， M=2k，此時處理增益為：,6.4.4 處理增益Gp,6.4.5 跳頻器,FH/SS系統(tǒng)的核心是跳頻器，由偽碼發(fā)生器和頻率合成器組成

53、。跳頻數(shù)Nt和跳頻速率Rh是決定跳頻系統(tǒng)性能的主要參數(shù)。跳頻數(shù)增加則擴展的頻譜越寬，系統(tǒng)處理增益越大；調(diào)頻速率越高，就可適應(yīng)高速數(shù)據(jù)傳輸，并有效抑制干擾。,6.4.6 FH通信的特點,抗干擾能力強對FH來說，只有在每次跳變時隙內(nèi)，干擾頻率恰好位于跳頻的頻道上時，干擾才有效。在接收端通過解跳處理，有用信號被還原成固定頻率，而干擾的頻率被擴展分布在很寬的頻帶。,6.4.6 FH通信的特點,具有選址能力，可實

54、現(xiàn)碼分多址通信（FH-CDMA）不同用戶選用不同的跳頻序列作為地址碼，當(dāng)不同的多個FH擴頻信號同時進入接收機時，只有與本地跳頻碼保持同步的FH信號被解跳成窄帶信號，而其他用戶信號像噪聲和干擾一樣被抑制，大量用戶可以同時共享相同的頻帶，實現(xiàn)碼分多址通信。在多經(jīng)合衰落信道中的傳輸性能好因為跳頻信號在很寬的頻帶內(nèi)跳變，所以小部分的頻譜衰落只會使信號在短時間內(nèi)產(chǎn)生嚴重的畸變，故有抗頻率選擇性衰落的能力。對于FFH體制，一個數(shù)據(jù)符號

55、含有多次頻率跳變，因此具有頻率分集的效果，因此在多徑和衰落信道中傳輸性能好。,6.4.6 FH通信的特點,易于和其他調(diào)制類型的擴展頻譜系統(tǒng)結(jié)合可以和其他擴展頻譜系統(tǒng)結(jié)合，構(gòu)成各種混合式頻譜擴展系統(tǒng)，如DS/FH等。易于與現(xiàn)有的常規(guī)通信體制兼容由于跳頻通信只是對載波頻率進行控制，因此對現(xiàn)有的常規(guī)通信系統(tǒng)，只要在設(shè)備上增加收發(fā)跳頻器，在射頻前端做一些簡單改動，就能將常規(guī)通信系統(tǒng)改變?yōu)樘l通信系統(tǒng)。反之，調(diào)頻系統(tǒng)若在定頻情況下工作，

56、就能和常規(guī)通信系統(tǒng)兼容，實現(xiàn)互通互聯(lián)。,由于FH技術(shù)通過躲避干擾實現(xiàn)其抗干擾能力，并且瞬時FH信號為窄帶信號，不適于應(yīng)用干擾抑制技術(shù)。干擾抑制技術(shù)主要用于DS系統(tǒng)，其所能對付的干擾信號種類包括自然干擾、人為干擾、多址干擾和多徑干擾等。DSSS抗干擾的原理是利用擴頻碼的相關(guān)性在解擴時把不相關(guān)的干擾信號能量擴散，把相關(guān)的有用信號能量聚積。但如果干擾太強，尤其在有敵意的干擾條件下，干擾強度很容易超出干擾容限，就需要采取其他技術(shù)增強DSSS

57、系統(tǒng)的抗干擾能力，如干擾抑制技術(shù)。干擾抑制的基本思想就是采取措施在DSSS信號解擴之前把強干擾能量消除，不讓強干擾進入解擴解調(diào)器，避免干擾超出DSSS系統(tǒng)干擾容限。,6.5 干擾抑制技術(shù),干擾抑制技術(shù)包括干擾檢測和干擾消除，干擾檢測要能準確知道干擾何時存在和存在的位置，快速、準確地檢測到干擾；干擾消除要求處理增益大、對信號的損傷小。從實現(xiàn)角度考，要求干擾抑制算法盡可能簡單、運算量小。目前干擾抑制技術(shù)的困難在于難以快速準確檢測或估計

58、干擾和消除干擾時如何減小對信號的損傷，尤其對于快變化的復(fù)雜干擾。干擾抑制的理論基礎(chǔ)是利用有用信號和干擾信號特性的差別來區(qū)分有用信號和干擾信號，通常利用信號和干擾在時域、頻域（或其他變換域）和空域上的特性差別來檢測和消除干擾。一般來說，利用信號和干擾信息越多，獲得的干擾抑制的性能也就越好。,6.5 干擾抑制技術(shù),6.5 干擾抑制技術(shù),目前常用的干擾抑制技術(shù)分為3類：時域干擾抑制、變換域干擾抑制、空域干擾抑制。時域干擾抑制技術(shù)主要在時域

59、進行干擾檢測與消除，包括線性預(yù)測、非線性預(yù)測和擴頻碼輔助的干擾抑制技術(shù)。變換域干擾抑制技術(shù)主要在變換域進行干擾信號的檢測和消除，包括基于DFT、基于重疊變換LT、基于時域變換等干擾抑制技術(shù)?？沼蚋蓴_抑制技術(shù)主要指基于自適應(yīng)天線調(diào)零的干擾抑制技術(shù)。,包括基于預(yù)測的干擾抑制技術(shù)和基于擴頻碼輔助的干擾抑制技術(shù)，基于預(yù)測的干擾抑制技術(shù)又分為線性預(yù)測和非線性預(yù)測的干擾抑制技術(shù)。基于預(yù)測的窄帶干擾抑制技術(shù)的基本思想是利用窄帶信號和寬帶信號在可

60、預(yù)測性上的差異（窄帶干擾是非高斯的，樣值間有很強的相關(guān)性，可以從過去值估計當(dāng)前值；而DS信號頻譜平坦，樣值間幾乎不相關(guān)），得到一個窄帶干擾（Narrow Band Interference, NBI）的精確復(fù)制，然后再接收信號中消除復(fù)制的干擾信號，從而達到抑制窄帶干擾的目的。,6.5.1 時域干擾抑制技術(shù),6.5.1 時域干擾抑制技術(shù),基于預(yù)測的干擾抑制技術(shù)利用了寬帶擴頻信號與窄帶干擾可預(yù)測性的不一致，形成對窄帶干擾的估計，并從接收信號

61、中將其減去而實現(xiàn)干擾抑制。這類抑制技術(shù)僅利用了窄帶干擾和寬帶擴頻信號的差異，而沒有利用擴頻信號擴頻碼的特定結(jié)構(gòu)信息?；跀U頻碼輔助的干擾抑制技術(shù)則通過利用擴頻碼的結(jié)構(gòu)信息進一步提高干擾抑制性能。線性預(yù)測技術(shù)應(yīng)用了擴頻信號與NBI的頻譜特點，非線性預(yù)測技術(shù)利用了這些信號的頻譜和一階概率分布特點，而基于擴頻碼輔助的干擾抑制技術(shù)則利用了有用信號的擴頻碼和NBI的信息，主要來源于線性多用戶檢測技術(shù)，雖然源于抑制多址干擾技術(shù)，但同樣用于抑制窄

62、帶干擾，只是把窄帶干擾但做速率比擴頻信號低得多的多址信號。,不同于時域干擾抑制技術(shù)，變換域干擾抑制首先需要將接收信號進行變換，然后基于信號和干擾在變換域的特征參數(shù)的差別，設(shè)計自適應(yīng)濾波器或采用相應(yīng)的干擾抑制算法將干擾消除。變換域干擾抑制的性能取決于在變換域上干擾相對于信號的分布的壓縮特性。變換域處理方法利用擴頻信號和窄帶干擾信號在變換域的不同特征，使接收信號中的擴頻信號分量盡可能均勻分布在整個頻段，同時將窄帶干擾信號盡可能壓縮到幾個有

63、限的較窄的子帶或譜線內(nèi)，通過對包含干擾信號的子帶或譜線進行處理，降低干擾信號的影響。,6.5.2 變換域干擾抑制技術(shù),不同變換域處理算法的主要區(qū)別在于：變換基的選取、干擾檢測算法和陷波算法。在變換域處理中，最基本的概念是要尋找一種合適的變換能把干擾能量限制在有限的變換域子帶中，同時使有用信號的譜盡可能擴散在整個變換域上。變換域干擾抑制技術(shù)主要包括：1）基于離散傅立葉變換（DFT）的干擾抑制技術(shù)2）基于重疊變換（LT）的干擾抑制

64、技術(shù)3）基于時頻變換（短時傅立葉變換、小波變換）的干擾抑制技術(shù),6.5.2 變換域干擾抑制技術(shù),基于DFT的干擾抑制技術(shù) 基本過程：首先對接收信號作FFT運算，然后再頻域進行干擾抑制，經(jīng)過處理的信號再經(jīng)IFFT運算還原到時域，從而達到抑制干擾的目的。干擾抑制算法包括干擾檢測和陷波。干擾檢測通過檢測某個頻率位置包含的干擾信號能量來確定干擾的位置。陷波就是把某個頻率位置的信號電平映射到一個新的電平以抑制干擾。,6.5.2

65、變換域干擾抑制技術(shù),6.5.2 變換域干擾抑制技術(shù),基于DFT的干擾抑制技術(shù)優(yōu)點：可以處理多個干擾，并且可以快速跟蹤干擾的變化。缺點：1）干擾數(shù)目不能太多、干擾分布的帶寬不能太寬（進行寬帶干擾消除會對信號產(chǎn)生嚴重的損傷，引起嚴重的信噪比損失）2）抑制干擾的同時也會不可避免地把干擾所在位置的有用信號一并抑制掉。,6.5.3 空域干擾抑制技術(shù),自適應(yīng)天線調(diào)零技術(shù)作為一種重要的干擾抑制技術(shù)，可以用于蜂窩通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)，