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【摘 要】 扩频技术是目前抗干扰通信的主流技术,应用非常广泛,笔者着重讨论几种常见扩频技术的基本原理以及其抗干扰性能,并针对干扰信号对几种经典扩频技术提出了改进措施,为进一步综合优化抗干扰技术打下基础。
【关键词】扩频技术;改进措施;研究
中图分类号:TN978 文献标识码:A 文章编号:1009-8283(2009)09-0283-01
扩频,即扩展频谱(SS),它与光纤通信、卫星通信,一同被誉为进入信息时代的3大高技术通信传输方式。扩频技术是将待传送的信息數据被伪随机编码调制,实现频谱扩展后再传输;接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理,恢复原始信息数据。扩频通信有抗干扰、抗噪音、抗多径衰落、隐蔽性高、截获概率低、可多址复用和任意选址等优点。
1 常见扩频抗干扰技术概述
1.1 直接序列扩频系统
直接序列扩频(DSSS),简称直扩,就是将要传输的信息经过伪噪声(PN)序列编码后对载波进行调制。因为PN序列的速率远大于要传输信息的速率,所以已调信号的频谱宽度将远大于要传送信息的频谱宽度,达到扩频的效果。
直接序列扩频自身具有抗干扰的能力,各种干扰和有用信号同时进入接收机,有用信号频谱被恢复为窄带谱;由于干扰与本地扩频信号不相关,故在解扩过程中被削弱。这样有用信号为窄带谱,干扰信号为宽带谱,可以借助于解调后的基带滤波器去除带外的干扰信号,带内的信噪比就可以大大提高,起到抑制干扰的目的。
1.2 跳频通信系统
跳频通信(FHSS)也是扩频通信中的一种重要方式,它是一种“躲避”式抗干扰通信系统,其载波频率在PN码的控制下跳变,所以称为跳频通信。
跳频通信系统的工作原理是:在发射端,先对输入的信码进行基带调制,然后再与PN序列控制下的频率合成器产生的本振信号(射频载波)进行混频,得到伪随机跳变的射频信号。在接收端,用与发端相同的PN序列控制本地频率合成器,将接收的信号与本地频率合成器的信号混频,得到基带调制信号,然后再进行基带解调,恢复出信码。
1.3 二维扩频系统
二维扩频通信是近几年提出的一种新的扩频通信方式,二维扩频系统分别在时域、频域上对数据信号进行频谱扩展,是传统的时域扩频、频域扩频的推广。由于二维扩频系统采用了两组扩频码,充分利用了两种一维扩频的特性,能使系统有更大的处理增益、更强的多址能力和较好的抗衰落性能。
针对传统的二维扩频技术,文献[2]提出了一种广义的二维扩频系统模型,通过分析,给出二维扩频系统在存在加性噪声情况下进行理论分析的一般方法,对二维扩频系统的性能分析有一定的指导意义。
1.4 自编码扩频系统
数字通信中传输的数字信息往往先经过扰码后再调制载波,其目的是为了便于收端的同步。因此,信道上传输的数字信息呈现某种随机性。如设法增强数字信息的随机变化特性,并从不断变化的随机数据流中获得扩频序列,就可以避免完全依赖PN序列、混沌序列进行频谱扩展的情况,较好地保证扩频序列的随机性、动态变化性和信号的低截获率,这种扩展频谱的通信方式称为自编码扩频(SESS),是一种抗干扰能力更好的安全通信方式。
2 经典扩频系统的改进措施
2.1 直扩系统的改进措施
2.1.1 采用多电平直扩技术
多电平直扩的基本原理就是以比需要高得多的速率产生原始的二元扩展码,以便获得一定的处理增益,然后通过一个低截获频率的低通滤波器输出,产生一种多电平幅值的扩频码。分析表明:所提出的扩频码,能消除易使常规DS/BPSK信号泄漏的有害谱线,同时它也易于产生码周期很长,并且有良好自相关和互相关特性的多种不同的码序列。
2.1.2 采用混沌序列作为扩频序列
混沌序列作为直扩系统中的扩频序列有许多重要的优点:混沌序列不是二进制。但其相关特性非常类似于随机二进制的相关特性;与m序列和Gold码序列相比,有大量给定长度的不同序列可用;生成和再生混沌序列比较简单;混沌直扩系统难以被截收。因此浑沌序列在直接序列扩频系统中具有广阔的开发应用前景。
2.2 跳频系统的改进措施
2.2.1 宽间隔跳频
宽间隔跳频是指在同一跳频时隙里不同电台发射的载波频率间隔要大于某个规定的值,即要求伪随机序列具有宽间隔特性。宽间隔跳频最先是由美军JTIDS中提出的,该系统中每个频隙的宽度为3 MHz,而在发射信号时,要求相邻发射载频之间的间隔大于30 MHz。宽间隔跳频系统可以有效地防止窄带干扰、宽带噪声干扰和跟踪式干扰。
2.2.2 差分跳频技术
差分跳频技术,利用频率和时间的冗余,无需额外增加数据码元,如果有一两个信号接收不到,系统可以重新产生丢失的数据,克服了纠错控制算法由于采用冗余数据,导致速率降低所产生的负面影响,具有很高的传输速率和很高的跳速,可以有效地对抗跟踪干扰,并且具有相当大的抗衰落能力。
3 结语
扩展频谱技术是抗干扰通信的主流技术,这些技术的应用不受时间和空间的限制,这是扩展频谱技术的优势。智能天线技术利用空间的冗余性,加强在所需方向上的传输,避开干扰,能显著改善通信的性能。但是无线通信信号毕竟是暴露在空间的,这就给对方的截获和干扰提供了机会。利用计算机和数字信号处理技术可以对宽带信号进行快速分析,对跳频、直接序列扩频等都有了一定的侦察方法。为了提高军事通信系统的抗干扰能力,必须在信号的变化和多种技术的综合应用上作出努力。
参考文献:
[1] 李仲令,郭燕,周亮.自编码扩频和直接序列扩频的性能比较[J].电子科技大学学报,2003,32(05).
[2] 唐友喜,李少谦.广义时频二维扩频在加性白高斯噪声信道中的性能[J].电子与信息学报,2004(02).
[3] 查光明,熊贤柞.扩频通信[M].西安:西安电子科技大学出版社,1992.
[4] 杨立春.通信抗干扰技术的综合优化及评价研究[D].成都:电子科技大学,2006.
【关键词】扩频技术;改进措施;研究
中图分类号:TN978 文献标识码:A 文章编号:1009-8283(2009)09-0283-01
扩频,即扩展频谱(SS),它与光纤通信、卫星通信,一同被誉为进入信息时代的3大高技术通信传输方式。扩频技术是将待传送的信息數据被伪随机编码调制,实现频谱扩展后再传输;接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理,恢复原始信息数据。扩频通信有抗干扰、抗噪音、抗多径衰落、隐蔽性高、截获概率低、可多址复用和任意选址等优点。
1 常见扩频抗干扰技术概述
1.1 直接序列扩频系统
直接序列扩频(DSSS),简称直扩,就是将要传输的信息经过伪噪声(PN)序列编码后对载波进行调制。因为PN序列的速率远大于要传输信息的速率,所以已调信号的频谱宽度将远大于要传送信息的频谱宽度,达到扩频的效果。
直接序列扩频自身具有抗干扰的能力,各种干扰和有用信号同时进入接收机,有用信号频谱被恢复为窄带谱;由于干扰与本地扩频信号不相关,故在解扩过程中被削弱。这样有用信号为窄带谱,干扰信号为宽带谱,可以借助于解调后的基带滤波器去除带外的干扰信号,带内的信噪比就可以大大提高,起到抑制干扰的目的。
1.2 跳频通信系统
跳频通信(FHSS)也是扩频通信中的一种重要方式,它是一种“躲避”式抗干扰通信系统,其载波频率在PN码的控制下跳变,所以称为跳频通信。
跳频通信系统的工作原理是:在发射端,先对输入的信码进行基带调制,然后再与PN序列控制下的频率合成器产生的本振信号(射频载波)进行混频,得到伪随机跳变的射频信号。在接收端,用与发端相同的PN序列控制本地频率合成器,将接收的信号与本地频率合成器的信号混频,得到基带调制信号,然后再进行基带解调,恢复出信码。
1.3 二维扩频系统
二维扩频通信是近几年提出的一种新的扩频通信方式,二维扩频系统分别在时域、频域上对数据信号进行频谱扩展,是传统的时域扩频、频域扩频的推广。由于二维扩频系统采用了两组扩频码,充分利用了两种一维扩频的特性,能使系统有更大的处理增益、更强的多址能力和较好的抗衰落性能。
针对传统的二维扩频技术,文献[2]提出了一种广义的二维扩频系统模型,通过分析,给出二维扩频系统在存在加性噪声情况下进行理论分析的一般方法,对二维扩频系统的性能分析有一定的指导意义。
1.4 自编码扩频系统
数字通信中传输的数字信息往往先经过扰码后再调制载波,其目的是为了便于收端的同步。因此,信道上传输的数字信息呈现某种随机性。如设法增强数字信息的随机变化特性,并从不断变化的随机数据流中获得扩频序列,就可以避免完全依赖PN序列、混沌序列进行频谱扩展的情况,较好地保证扩频序列的随机性、动态变化性和信号的低截获率,这种扩展频谱的通信方式称为自编码扩频(SESS),是一种抗干扰能力更好的安全通信方式。
2 经典扩频系统的改进措施
2.1 直扩系统的改进措施
2.1.1 采用多电平直扩技术
多电平直扩的基本原理就是以比需要高得多的速率产生原始的二元扩展码,以便获得一定的处理增益,然后通过一个低截获频率的低通滤波器输出,产生一种多电平幅值的扩频码。分析表明:所提出的扩频码,能消除易使常规DS/BPSK信号泄漏的有害谱线,同时它也易于产生码周期很长,并且有良好自相关和互相关特性的多种不同的码序列。
2.1.2 采用混沌序列作为扩频序列
混沌序列作为直扩系统中的扩频序列有许多重要的优点:混沌序列不是二进制。但其相关特性非常类似于随机二进制的相关特性;与m序列和Gold码序列相比,有大量给定长度的不同序列可用;生成和再生混沌序列比较简单;混沌直扩系统难以被截收。因此浑沌序列在直接序列扩频系统中具有广阔的开发应用前景。
2.2 跳频系统的改进措施
2.2.1 宽间隔跳频
宽间隔跳频是指在同一跳频时隙里不同电台发射的载波频率间隔要大于某个规定的值,即要求伪随机序列具有宽间隔特性。宽间隔跳频最先是由美军JTIDS中提出的,该系统中每个频隙的宽度为3 MHz,而在发射信号时,要求相邻发射载频之间的间隔大于30 MHz。宽间隔跳频系统可以有效地防止窄带干扰、宽带噪声干扰和跟踪式干扰。
2.2.2 差分跳频技术
差分跳频技术,利用频率和时间的冗余,无需额外增加数据码元,如果有一两个信号接收不到,系统可以重新产生丢失的数据,克服了纠错控制算法由于采用冗余数据,导致速率降低所产生的负面影响,具有很高的传输速率和很高的跳速,可以有效地对抗跟踪干扰,并且具有相当大的抗衰落能力。
3 结语
扩展频谱技术是抗干扰通信的主流技术,这些技术的应用不受时间和空间的限制,这是扩展频谱技术的优势。智能天线技术利用空间的冗余性,加强在所需方向上的传输,避开干扰,能显著改善通信的性能。但是无线通信信号毕竟是暴露在空间的,这就给对方的截获和干扰提供了机会。利用计算机和数字信号处理技术可以对宽带信号进行快速分析,对跳频、直接序列扩频等都有了一定的侦察方法。为了提高军事通信系统的抗干扰能力,必须在信号的变化和多种技术的综合应用上作出努力。
参考文献:
[1] 李仲令,郭燕,周亮.自编码扩频和直接序列扩频的性能比较[J].电子科技大学学报,2003,32(05).
[2] 唐友喜,李少谦.广义时频二维扩频在加性白高斯噪声信道中的性能[J].电子与信息学报,2004(02).
[3] 查光明,熊贤柞.扩频通信[M].西安:西安电子科技大学出版社,1992.
[4] 杨立春.通信抗干扰技术的综合优化及评价研究[D].成都:电子科技大学,2006.