通信系统中的抗干扰技术

直接序列扩频技术1 通信系统中的主要干扰无线传输极易受到各种其他无线电波的干扰。不管是 GSM 系统还是 CDMA 系统, 都是干扰受限系统, 干扰的大量存在会极大地影响网络的通信质量和系统 的容量。移动通信系统中主要存在以下干扰：同频干扰，临频干扰，互调干扰， 多址干扰，噪声干扰。2 主要的抗干扰技术目前主要的抗干扰技术有：扩频技术，功率控制技术，间断传输技术，多用 户检测技术等。本文主要讨论扩频技术中的直接序列扩频技术。3 直接序列扩频技术的优势与应用3.1 扩频技术原理扩频通信作为一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息 必需的最小带宽，频带展宽通过编码及调制的方法实现，与所传信息数据无关。 在接收端用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据。扩频技术具有伪随机编码调制和信号相关处理两大特点。扩频通信方式具有 很多优点，如抗干扰、抗噪声、抗多径衰落、低功率谱密度下工作、有保密性、 可多址复用和任意选址、高精度测量等。扩频通信从利用电磁波来看，与一般现 有的常规通信方式不同。扩频通信用伪随机编码把基带信号的频谱进行扩展，形 成相当宽带的低功率谱密度信号发射。使用不同的伪随机编码，不同通信用户可 在同一频段、同一时间工作，互不影响或影响极小。常规通信是在频段上细分或 时间上细分给通信用户，彼此互不干扰地分别使用。信息数据序列an经普通数据调制之后变成带宽为B1的信号x(t)，用扩频 序列发生器产生的伪随机编码 (PN 码)去对基带信号作扩频调制，形成带宽为 B2(B2Bl)、功率谱密度极低的扩频信号y(t)后再发射。众多的通信用户，使 用各自不同的伪随机编码，可以同时使用带宽为B2的同一频带。在接收端，首 先使用与扩频信号发送者相同的伪随机编码作扩频解调处理，把宽带信号恢复成 通常的基带信号，再使用通常的通信手段，解调出发送来的信息数据序列 an 显然，接收端不知道发送的扩频信号所使用的伪随机编码时，要进行扩频解调是 非常难办、甚至是不可能的。这就实现了信息数据的保密通信。如果接收端用某 一伪随机编码接收某一发送来的信号时，通信信道中的另一些伪随机编码调制的 扩频信号不能在该接收端的扩频解调处理器中形成明显的信号输出，即不会对接 收端的扩频解调处理形成干扰。这样，接收端使用不同扩频信号发送者所用的不 同伪随机编码作扩频解调，就可得到不同发送者发送来的信息数据，实现多用户 (或多址)通信。3.2 主要的扩频技术扩频通信系统是最有代表性的扩频通信技术应用，它的基本工作方式有： 直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)工作方式：直扩方式(DS方 式)；(2)跳变频率(Frequency Hopping)工作方式：跳频方式(FH方式)； 跳变时间(Time Hopping)工作方式：跳时方式(TH方式)。上述三种基本工作方式，最常用的是直扩方式、跳频方式两种。实际系统中， 仅使用单一工作方式不能达到所希望的性能时，往往使用两种或两种以上工作方 式的混合形式。扩频通信的主要特征是使用比发送的信息数据率高得多的伪随机编码，扩展 作为基带信号的信息数据频谱，成为极低功率谱密度的宽带信号。接收端使用相 关处理方法，把要接收的宽带扩频信号，恢复成基带信号。这些特征使扩频通信 信号不易受干扰，也不容易干扰他人，信号隐蔽，有保密性；多重扩频信号能共 用同一频带，可采用随机多址通信方式，通信寻址简单方便，有较好的过负荷能 力，能和其他的通信方式混合使用；有高精确度的测距、定位能力。因此，扩频 通信技术主要应用于通信、测距及与此相关的领域。扩频通信的理论依据是信息论中的香农公式，可由下式表示：C=Wlog2 (1+S/N)式中：C信道容量；W信道带宽；S/N信噪比。这个公式表示：在给定 信号功率 S 和白噪声功率 N 的情况下，只要采用某种编码系统，就能以任意小 的差错概率，以接近于C的速率来传送信息。式中W为频带宽度，C称为信 道容量。这个公式指出：在保持信息传输速率 C 不变的条件下，可以用不同频 带宽度W和信噪功率比S/N来传输信息。也就是说，频带W和信噪比S/N是 可以互换的。如果增加频带宽度，就可以在较低的信噪比的情况下用相同的信息 率以任意小的差错概率来传输信息。甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要相应 地增加信号带宽，也能保持可靠地通信。这一公式指明了采用扩展频谱信号进行 通信的优越性，即用扩展频谱的方法以换取信噪比上的好处。3.3 直接序列扩频技术直接序列扩频系统中用的编码序列通常是伪随机序列或叫伪噪声 (PN) 码，要传送的信息经数字化后变成二元数字序列。在直接序列系统中通常对载波进行 相移键控调制。当扩频信号采用相移键控调制后由天线发射，在接收机中要用一 个和发射机中的伪随机码同步的本地码，对接收信号进行解扩，解扩后的信号送 到解调器，经解调后便恢复出发送的信息。直接序列扩频系统当中，调制方式经常采用二进制移相键控(BPSK)方式。 二进制移相键控 (BPSK) 方式是受键控的载波相位按基带脉冲而改变的一种数 字调制方式，调制信号的频谱宽度是基带信号的两倍，移相键控方式在频带宽度， 误码率，对信道特性变化的敏感性等方面都具有一定的优势。因此，移相键控方 式在卫星通信，微波通信等领域得到了广泛的应用。发端信息码经码率较高的 PN 码调制后，扩展了频谱。收端扩频信号经同样 的 PN 码解调后，恢复信息码。相对信息信号，脉冲干扰经过了一次被模二相加 的调制过程，频谱被扩展，功率谱密度下降，使有用信息在噪声中被提取出来。 不同的噪声，频谱被扩展的程度不同；相同噪声，系统采用不同的扩频码来调制， 抗干扰性也不同。系统采用的扩频码序列长度不同，系统的抗干扰能力也不同。直扩系统最重要的应用就是在军事通信中充当一种具有很强抗干扰性的通 信手段。相对与信息信号，脉冲干扰只经过了一次被模二相加的调制过程，频谱 被扩展，功率谱密度下降，从而使有用信息在噪声干扰中被提取出来。待传信息 的频谱被扩展了以后，能量被均匀地分布在较宽的频带上，功率谱密度下降；扩 频信号解扩以后，宽带信号恢复成窄带信息，功率谱密度上升。在实际通信中，遇到的干扰主要有下面几种：对于宽带噪声，经过解扩中与 本地 PN 码相乘以后相关输出仍然是宽带噪声，且噪声功率谱密度不变。但是经 窄带滤波的作用后，输出信息的信噪比就得到了大大的改善。故当直扩系统有足 够高的 Gp 时，对宽带噪声是有很好的抗干扰作用的。对于部分频带噪声干扰， 由于能量相对集中，对直扩系统的危害比宽带噪声要大一些。换句话说，直接序 列扩频系统对其抗干扰性低于对宽带噪声的抗干扰性。对于单频及多频载波干 扰，在进行解扩处理时，干扰信号被展宽成 (sinx/x)2 形状的频谱。经带通滤波 器滤除大量干扰。故直扩系统对这类干扰有很好的抗干扰性。多频时为单频时几 个干扰信号能量的叠加而已。对于脉冲干扰，由于能量在时间上相对集中，类似 于部分频带干扰时能量在频谱上相对集中，对直扩系统的危害较大。故对这类干 扰的抗干扰性较差。在实际应用中，应根据干扰情况，确定直扩系统的处理增益和其他参数，使 之达到可靠通信的程度。4 综述直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum )是将待传送的信息数据直 接被伪随机编码(PN码)实现频谱扩展后再传输，接收端采用相同编码进行解 调及相关处理，恢复原始信息数据，特点是抗干扰能力强。直扩技术系统将窄带 信息信号扩展成宽带伪噪声信号，使噪声很难瞄准信号的频率，因此非常适合当 前较高的通信质量要求。直接序列扩频技术以其抗干扰能力强、保密性好、易于 实现多址通信等优点而越来越受到人们的重视，使这种最初应用于军事通信的技 术逐渐广泛的应用在移动通信和室内无线通信等各种民用及商用通信系统，为用 户提供可靠通信。5 参考文献1 樊昌信，通信原理(第五版) ，北京，国防工业出版社，20022 余文才，论析通信系统的抗干扰措施，广东科技，2008.04，总第 185 期通信系统中的一种抗干扰技术院系：信息科学与工程学院专业：通信工程姓名：王瑞学号：060240222