扩频通信系统抗干扰能力分析

摘 要 文章对扩频通信系统的基本模型进行了介绍，并着重分析了扩频通信系统在噪声信号n（t）=0和n（t）≠0两种情况下对抗外部单频干扰的能力。

【关键词】扩频通信系统 抗干扰 扩频增益

1 引言

随着通信领域的迅猛发展，惯用的定频通信在许多方面已无法满足实际应用的需要。而扩频通信系统作为一项新的通信技术一出现，便以其出色的抗干扰能力、低截获率、码分多址、隐蔽性、保密性、传输性和易于多址组网等特点，受到通信行业的极度青睐。可以说，在现代无线通信领域，如果通信系统不具备良好的抗干扰能力，也就无法在干扰环境下准确、实时、不间断地传输信息，也就没有了生存能力。

2 扩频通信系统模型

扩频通信是指用伪随机码将已调的窄带信息信号扩展成比信息带宽大得多的宽带信号，以实现系统任意选址、增强抗干扰能力及保密性的无线通信体制。与一般通信系统相比，扩频通信系统增加了扩频调制部分和解扩部分。其基本组成框图如图1所示。

图中发射端有信息调制、扩频调制和射频调制三部分，接收端有相应的变频解调、扩频解调和信息解调三部分。并且在收、发两端有两个完全相同的扩频码发生器。其工作原理是：在信号发送端，首先将信息调制成基带数字信号，该数字信号经扩频码发生器产生的扩频码序列调制后形成中频信号，展宽后的中频信号进行射频调制形成高频信号，由天线发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，经变频成为中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列对中频宽带信号进行相关解扩，再经过信息解调，恢复成原始信息输出。

3 扩频通信系统抗干扰能力分析

扩频系统采用了扩展频谱技术，在接收端对干扰频谱能量加以扩散，对信号频谱能量压缩集中。因此，在输出端得到信噪比的增益，这样的扩频通信机可以在很小的信噪比情况下进行通信，甚至可在信号比干扰信号低得多的情况下进行通信。

扩频通信的抗干扰能力的两个重要参数是处理增益和干扰容限。处理增益gp定义为频谱扩展后的信号带宽b2与频谱扩展前的信号带宽b1之比，即

若信息数据d（t）的码元宽度为t，截止频率fd，频谱宽度为b1，数据速率rd，其功率谱密度sd（f）主要分布在（-fa，fd）的频带内；扩频码序列的码元宽度为tc，截止频率fc，频谱宽度为b2，编码速率rc，其功率谱密度sc（f）主要分布在（-fc，fc）的频带内。则有如下关系：

由上式可以得出当扩频序列的码长度n越大，码元宽度tc越小，编码速率rc越大，扩频通信系统的扩频增益gp也越大。

以图1给出的扩频通信系统模型进行讨论，其接收信号记为：

其中，s（t）为接收机接收到的发射信号，j（t）为传输信道中的各种干扰信号，n（t）为噪声。

接收信号经接收机的本地载波解调，再经本地扩频编码作扩频解调处理后，得到

式中，ws（t）是接收机对发送来的扩频信号的解调结果，wj（t）是对外部干扰的解调结果，wn（t）是对噪声的解调结果。这些信号送往基带滤波器，该基带滤波器的带宽为b1、传递函数为h（t）的窄带滤波器，它的输出

分两种情况考虑扩频通信系统对抗外部单频干扰能力：

⑴当n（t）=0时，设j（t）是宽带平稳随机信号，有，则信号可无损耗地通过接收机的射频滤波器，经扩频解调后的信号为式（5）中的第二项。扩频解调后的干扰输出信号

在扩频通信系统同步跟踪情况下，，，，干扰信号也只是在干扰信号频率在的扩频通带范围内，才能经扩频解调后通过基带滤波器，形成对有用信号的干扰。干扰信号经扩频解调、基带滤波，其输出为：

扩频通信系统使用的扩频编码出现+1、-1的码元数目基本上是平衡的，对m序列来说，（+1，-1）的码元数仅相差一个。在扩频编码码长n很大时，扩频编码的均值。所以，经基带滤波器输出的干扰信号的均值，它的方差（即噪声输出成分的平均功率）为：

式中，是外部干扰自相关值，它的傅氏变换是的功率谱密度，对单频干扰，；pj是干扰信号功率，pj=j2/2；rc（α-β）是扩频编码的自相关函数，它的傅氏变换可以近似为码宽为tc的随机二值（+1，-1）序列的功率谱密度，即。

因此，外部单频干扰输出信号功率，即方差：

显然，扩频通信系统输出的干扰信号功率为原干扰信号功率的1/n，即对单频干扰信号抑制n倍（或倍），扩

增益越大，即扩频编码的码长越长，对单频干扰信号的抑制能力越强。由式（11）得，噪声为带限的窄带平稳随机过程时的噪声功率是原基带输入噪声功率的1/n倍；噪声输出功率与扩频增益成反比；扩频通信系统的扩频增益越大，对噪声干扰的抑制能力越强。式中扩频编码对噪声在频域上作卷积，实际上是扩频编码对基带噪声干扰作频谱扩展，扩展后的噪声功率谱密度自然明显降低，为原谱密度的1/n，而能经基带滤波器输出的噪声功率也就仅为原噪声功率的1/n，实现了对噪声干扰的抑制。

⑵在实际应用中，时，设是宽带平稳随机信号，此时将和看成一个广义平稳随机过程来处理。则接收信号为

在扩频通信系统跟踪同步后，基带滤波器滤除及以上的射频分量，噪声输出成分为：

由于扩频编码和噪声相互独立，噪声输出成分的均值。噪声输出成分的方差，即噪声输出成分的平均功率：

为噪声信号输入功率，由式（18）可见，该情况下噪声信号输出功率为噪声信号输入功率的1/n倍，证明扩频通信系统抗具有显著的抗干扰能力。

4 结束语

通过上述分析可以看出扩频通信系统具有较强的抗干扰能力，其抗干扰能力与扩频增益gp（也就是扩频编码码长n）成正比，即扩频序列的码长度n越大，码元宽度tc越小，编码速率rc越大，扩频通信系统的扩频增益gp就越大。此外，在军事通信中使用该体制可适应复杂电磁环境下对通信质量的要求。所以该体制在军事通信方面具有良好的发展前景。

参考文献

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[2]曾一凡，李晖.扩频通信原理[m] 北京：机械工业出版社，2005.

[3]葛利嘉，曾凡鑫.超宽带无线通信[m]. 北京：国防工业出版社，2005.

[4]向春清，胡修林.扩频通信的抗干扰能力及其改进[j].舰船电子工程，2004.

作者简介

赵齐（1981-），男，河南省漯河人。现为中国电子科技集团公司第二十七研究所工程师。主要研究方向为航天测控技术。

作者单位

中国电子科技集团公司第二十七研究所 河南省郑州市 450047