1、理工大学学士学位论文I摘 要扩频通信具有良好的抗干扰性、低截获概率及组网能力，因此扩频技术一出现，便在军事领域得到了极大的发展，提高了军事装备的抗截获和抗干扰能力，向通信对抗提出了严峻的挑战。其中，对扩频中跳频对抗技术开展的研究，寻求干扰跳频通信的方法，己成了当前通信对抗领域十分紧迫而困难的任务之一。目前对跳频通信系统干扰方式的研究包括部分频带压制式干扰、全频带压制式干扰、跟踪式干扰、对跳频同步系统的干扰、频率预测式干扰等。但其中最为常用也最为有效的依然是部分频带压制式干扰和全频带压制式干扰，而梳状谱干扰方法便是实现部分频带压制式干扰或全频带压制式干扰的一种最为常用的方法。因此，本文对跳频通信
2、系统的部分频带干扰进行了理论分析和仿真研究。本文从扩频系统机理出发对跳频通信系统和直扩通信系统进行了研究，并分析了跳频通信系统干扰方式，其中最主要的是研究梳状谱干扰信号机理。文章从理论上分析了典型通信干扰对跳频通信系统的影响，包括全频段干扰、部分频带干扰、单音干扰、多音干扰、跟踪式干扰、频率预测式干扰等。此后展开对梳状谱信号机理的研究，在对跳频通信系统信号调制、跳频调制、同步捕获、同步跟踪、跳频解调、信号解调的仿真基础上，完成基于MATLAB的梳状谱信号仿真与跳频仿真，同时测试其对跳频通信系统的影响。关键词：扩频通信；跳频；直扩；梳状谱；MATLAB 仿真理工大学学士学位论文IIAbstrac
3、tSpread spectrum communication has some advantages, such as good anti-interference performance, low probability of intercept and networking capability. As soon as the spread spectrum technology appeared, it is widely developed on the military side. The advanced technology contributes to the anti-int
4、erference property and the low probability of intercept, putting forward severe challenges to communication countermeasure. Among the current tasks, researching of communication countermeasure and finding the method of reference have become the top topic in the communication countermeasure field. No
5、wadays, there are several inference methods, including partial-band blanket interference, full band blanket interference, tracking interference, frequency predicted interference and so on. The most important and efficient interference is partial-band blanket interference or full band blanket interfe
6、rence, which is commonly used in the world. Therefore, this paper has a good study on the theory and analysis of partial-band blanket interference through simulation. This paper, starting from the mechanism of frequency hopping communication system and spread spectrum communication system, analyzes
7、the interference methods to FH communication system, and its uppermost study is the mechanism of comb spectrum interference signal. The impact of typical communication interference on frequency hopping communication system is analyzed in the paper, including f partial-band blanket interference, full
8、 band blanket interference, tracking interference, frequency predicted interference, etc. The paper study on the mechanism of the comb spectrum signal mainly. Based on the simulation of frequency hopping communication system, this paper completes the simulation of comb spectrum and frequency hopping
9、 system, depending on MATLAB software, and testing its impact on frequency hopping communication system.Key words: Spread spectrum communication;FH; DS; Comb spectrum; MATLAB simulation理工大学学士学位论文III目 录1 绪 论 .11.1 课题研究背景和意义 .11.2 课题的研究历史与发展趋势 .21.2.1 扩频通信技术简介 .21.2.2 扩频通信的发展历史 .21.2.3 扩频通信的发展趋势 .31.2
10、.4 扩频对抗技术的发展 .41.3 论文结构及安排 .52 扩频通信系统机理研究 .62.1 扩频通信理论基础 .62.2 直扩通信系统的机理 .72.2.1 直扩通信系统的原理 .72.2.2 直扩系统的同步原理 .82.3 跳频通信系统的机理 .142.3.1 跳频通信系统的原理 .142.3.2 跳频同步技术研究 .173 扩频通信对抗技术研究 .213.1 扩频通信的干扰技术及性能度量指标 .213.1.1 扩频通信干扰技术概述 .213.1.2 干扰效果度量指标 .233.2 全频带干扰 .253.3 部分频带干扰 .263.4 单音干扰 .273.5 多音干扰 .293.6 频率
11、跟踪瞄准式干扰 .313.7 频率预测式干扰 .324 梳状谱信号机理及特性 .334.1 梳状谱信号机理 .33理工大学学士学位论文IV4.1.1 时域梳状谱信号产生原理 .344.1.2 频率梳状谱信号产生原理 .364.2 干扰仿真分析 .374.2.1 锯齿波信号仿真与分析 .374.2.2 噪声信号仿真与分析 .384.2.3 梳状谱信号仿真与分析 .415 干扰信号仿真与测试 .445.1 跳频通信系统仿真 .445.1.1 调制信号 .445.1.2 跳频调制 .455.1.3 同步捕获 .475.1.4 同步跟踪 .495.1.5 跳频解调 .505.1.6 解调信号 .515
12、.2 干扰信号对跳频的影响分析 .52结 论 .55致 谢 .56参考文献： .57附 录 英文文献 .59附 录 中文文献 .65理工大学学士学位论文11 绪 论1.1 课题研究背景和意义扩频通信是建立在 ClaudeE.Shan-non 信息论基础之上的一种新型现代通信体制。这种通信体制由于采用伪随机编码调制和信号相关处理，具有很多独特的优点：用于通信中，抗干扰能力强，发射功率低，具有低截获率，保密性能好，具有码分多址和任意选址的功能；在测距中,利用伪随机码测距,可大大提高测距精度，所以自从问世便引起世界各国的极大关注，并率先应用在军事通信中。近年来,随着微电子技术、超大规模集成电路技术、
13、数字信号处理技术的飞速发展以及一些新型元器件的应用，扩频通信在技术上已迈上了一个新的台阶。在军事上，扩频通信己经成为电子对抗环境下提高通信设备抗干扰能力的最有效手段，并在近十几年来爆发的几场现代化战争中发挥了巨大的作用。此外，扩频通信技术在无线局域网、2G/3G 移动通信、卫星通信、航空航天和深空探测等诸多民用通信领域中也都得到较为广泛的应用。在这些民用和国防军事通信的强烈需求下，扩频通信的地位变得越来越重要。扩频技术由于其本身具备的优良性能而得到广泛应用，到目前为止，其最主要的两个应用领域仍是军事抗干扰通信和移动通信系统,而跳频（FH）通信系统与直接序列（DS）扩频通信系统则分别是在这两个领
14、域应用最多的扩频方式。扩频通信技术的应用也对扩频通信对抗提出了严峻的考验。如何更好的应用扩频技术，提高通信方的抗干扰、抗截获、抗侦破能力，深入研究扩频通信对抗技术成为重中之重。本文重点研究调频通信系统的干扰方式，目前对 FH 通信系统干扰方式的研究包括部分频带压制式干扰、全频带压制式干扰、跟踪式干扰、对跳频同步系统的干扰、频率预测式干扰等。但其中最为常用也最为有效的依然是部分频带压制式干扰和全频带压制式干扰。而梳状谱干扰方法便是实现部分频带压制式干扰或全频带压制式干扰的一种最为常用的方法。DS 干扰技术主要有常规大功率单干扰和新型低功率分布式干扰。因此，在研究 FH、DS 通信及其干扰方法的基
15、础上，完成对梳状谱信号的研究，为通信方提高抗干扰性能提供可值得借鉴的理论依据。本课题就是基于以上背景，对扩频通信系统的干扰技术及进行了研究，为战时通信对抗提供了理论依据。理工大学学士学位论文21.2 课题的研究历史与发展趋势1.2.1 扩频通信技术简介我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。例如语音信息的带宽大约为20Hz 20000Hz、普通电视图像信息带宽大约为6MHz。为了充分利用频率资源，通常都是尽量压缩传输带宽。如电话是基带传输，人们通常把带宽限制在3400Hz左右。如使用调幅信号传输，因为调制过程中将产生上下两个边带，信号带宽需要达到信息带宽的两倍，而在实际传输中，人
16、们采用压缩限幅技术，把广播语音的带宽限制在大约为24500Hz=9KHz 左右；采用边带压缩技术，把普通电视信号包括语音信号一起限制在1.26.5MHz=8MHz 左右。即使在普通的调频通信上，人们最大也只把信号带宽放宽到信息带宽的十几倍左右，这些都是采用了窄带通信技术。扩频通信属于宽带通信技术，通常的扩频信号带宽与信息带宽之比将高达几百甚至几千倍。有人要问为什么要这么做？这样是不是太浪费频率资源了？这些问题可以用信息论和抗干扰理论来解释。所谓扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication） ，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远
17、大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据” 。1.2.2 扩频通信的发展历史1949年美国的国家电话电报子公司的联邦实验室，Derosa 和 Rogoff 提出设想并生成出的伪噪声信号和相干检测的通信系统成功在新泽西和加利福尼亚的通信线路上获得成功通讯。1952年由林肯实验室根据麻省理工大学电子研究实验室验证的扩展频谱技术通讯系统研制出 P9D 型扩展频谱技术通讯系统，并进行了实验。1955年生产成功。之后美国海军和空军开始各自研究验证扩频通信系统，美国海军采
18、用了调频扩频系统方案。理工大学学士学位论文31977年第一本有关扩频系统的专著出版，是一本获得了 IEEE 专利的书籍。1978 年在日本举行的国际会议对扩频通信进行专门研究。1985 年以后扩频通信在民用领域得到发展。在最近 20 年,美国开发的全球定位系统普及很快，设备简单，而且通讯传输成功。率很高。各种卫星系统比如通信数据转发，码分多址卫星通信系统，军用卫星通信系统的研究，扩频技术都发挥了作用。扩频技术随着越来越受到认可和重视，已经广泛应用在蜂窝电话、移动通信、各种温度、数据、图像等监控系统中。1.2.3 扩频通信的发展趋势在扩频通信技术发展的最初阶段主要应用在军事通信领域，在战争中为了
19、防止信息的泄露，所以在军事通信领域诞生，也随着运用而发展。自从扩频技术应用到民用领域如个人通信业务 PCS 的发展使得扩频技术的研究更加热门，扩频技术也在此过程中也更快的发展，在未来通信技术的发展过程中扩频技术还会应用到更多的领域。以码分多址技术为基础的 3G 通信技术的推广利用，在通信数据转发、军用卫星通信系统的研究，使扩频技术更有研究的价值。要在未来通讯服务要想达到个人通信的程度,需要更多的频谱资源，但当前频谱资源已经十分拥挤,且是有限资源。多址技术可以解决这一矛盾，使个人通信的目标的完成提供了技术可能，该技术的运用是让多个用户共同分享一段频谱，从而可以提高频谱的利用率。扩频通信技术中的多
20、址技术包含码分多址，其他信号就可以看作是对此信号的干扰，这样可以有效抑制不同的通信用户彼此之间的不必要的干扰。所以传统用户的频谱仍然可以利用，因此 PCS 的实现主要采用的多址方案，利用扩频码的自相关特性完成某一用户信息的正确收发。PCS 以及蜂窝移动通信在快速发展，码分多址为基础的卫星通信系统的研究不断取得成果，CDMA 技术的研究热潮也一直没有回落，需要获得更多的技术突破。在未来扩频技术的发展中，该研究方向可以在应用、改进和与其他技术结合方面加大研究力度,取得更多的成果。 扩频通信在未来社会向着这几个方向发展:1）在更多领域得到应用：扩频通信技术在军用和民用领域都有很重要的应用，可以拓展到
21、更多的领域发挥扩频通信的优点。信息化时代，网络是我们每夭都要接触的不可缺少的工具，学习和工作、与人交往联系都必不可少。人们理想中的网络是使得理工大学学士学位论文4人们能够随时随地的都能登录互联网络。如果要实现这样的便捷网络服务，就要开发新技术，无线个域网也应允而生。无线个域网是短距离无线通信，在最近一段时间开发、非常热门，扩频技术在该领域可以发挥作用。如 Zigbee 技术，其物理层采用的技术就是直接序列扩频技术，以直扩技术通信传输为起点，展开后续研究，近年来该技术取得了很重要的成果。2）用更多方式实现扩频通信系统。除了超宽度技术适用于短距离通信，在更为广泛的扩频通信系统中，满足通信传输的频带
22、资源是固定的，而扩频通信要以牺牲信息带宽为前提，这方面的缺点影响了扩频通信进一步的发展，但经过科研人员的研究，直接序列扩频 CDMA 思想的产生，为解决这样的问题提供了一个有效的方法。 CDMA技术的基本思想是将一路串行的数据串变化成多路并行的数据，在发端用 X 个正交的伪随机序列码对每路数据进行扩频操作，在接收端接收到信码之后，做相应的解扩处理,最后将接收到的多路数据再迸行并/串转换即恢复出原始串行发送信息，这样在这一传输过程中，应用的传输带宽降低为原来的 。X/13）与其他技术共同形成复杂的系统。第四代移动通信系统(4G)的驱动用在这个系统中，使扩频通讯技术传输数据的速度更快。在四代移动通
23、信技术中网络为用户提供的服务，很多技术中一部分可以与扩频技术相结合发展，由扩频技术自身也可以延伸出很多更加先进的技术。因此,正是这些新技术的发展，也体现着扩频技术在未来更加美好的未来。正交频分多址 OFDM，和码分多址的结合技术也是现代通信领域内最新技术解决难题的有效方法。1.2.4 扩频对抗技术的发展电子对抗已经成为夺取现代战争胜利不可缺少的重要手段，世界各国都在提高其军事装备的电子对抗能力，通信对抗是电子对抗最重要的组成部分，因为快速、安全、有效的通信是指挥作战的根本保障。通信技术与通信对抗技术是一对矛盾体，既互相制约，也相互促进，在对抗与反对抗中都得到了飞速的发展，逐步形成了具有鲜明时代
24、特征和技术特征的通信对抗与通信反对抗的技术体制。现代通信设备和抗干扰能力已达到了很高的水平，但其抗干扰等反对抗技术的发展远未达到顶点，随着新型的、先进的、多功能的、超大功率和超带宽干扰系统的出现和进化，电子对抗斗争会更加激烈，军事通信电台、通信网将面临全频段的四维一体化。扩频通信以其较好的抗检理工大学学士学位论文5测、抗干扰能力，在军事通信中得到了快速发展，如 90 年代的海湾战争中，美国空军和陆军就己经使用了 SINCGARS 跳频电台，并准备进一步的大规模装备部队。扩频通信在军事领域的广泛应用极大的提高了军事通信装备的抗干扰及保密能力，向通信对抗提出了严峻的挑战。开展对扩频通信对抗的研究，
25、寻求有效的对抗方法，己经成为通信对抗领域紧迫而困难的任务之一。本文提出几种扩频干扰技术，重点研究树状谱信号机理与干扰技术。1.3 论文结构及安排本文主要的研究内容是基于 MATLAB 的疏状谱信号生成、仿真以及测试，同时研究扩频通信的机理以及对抗技术。全文首先对扩频通信的相关理论进行了概述，并对相关对抗技术进行了比较深入地研究，系统地分析了三种梳状谱信号调制的过程，并将它们应用于对跳频信号干扰情况测试，结合各干扰方法及波形优势，以节省功率为目的，从信号的功率、频率、带宽和波形等角度出发，开展梳状谱信号机理研究。第 1 章绪论部分简单介绍了扩频通信技术和对抗技术的研究现状与发展。第二章主要研究扩
26、频通信系统机理以及特性。第三章主要是扩频通信相应的对抗技术进行研究。第四章主要讲述梳状谱信号机理及特性的研究。第五章主要是梳状谱信号的建模与仿真设计。第六章主要是在研究梳状谱信号机理的基础上，分析梳状谱信号对扩频通信系统的影响。理工大学学士学位论文62 扩频通信系统机理研究2.1 扩频通信理论基础 扩展频谱通信系统是指带传输信息的频谱用某一特定的扩频函数扩展后成为宽带信号，射频调制后送入信道中传输，再利用同一扩频码（伪码序列）将其解扩，从而获得原始传输信息的通信系统。在发端输入的信息先经信息调制形成数字信号，再由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，展宽后的信号再经射频调
27、制发送出去。接收端收到宽带射频信号，将其变频至中频，然后用本地产生的与发端相同的扩频码序列去进行相关解扩。再经信息解调，恢复成原始信息并输出。扩频通信系统原理如图 2.1 所示信息调制扩频调制射频调制扩频码发生器射频发生器信息解调扩频解调变频本地扩频码发生器本地射频发生器信息信息图 2.1 扩频通信原理框图般的扩频通信系统都要进行三次调制和相应的解调。第一次为信息调制，第二次为扩频调制，第三次为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。 相较于一般通信系统，扩频通信就是多了扩频调制和解扩部分。扩展频谱技术的理论基础是香农（CEShannon ）信道容量公式：NS1WlogC2（2.1）香农
28、信道容量公式表明：当高斯信道中传输信号的信噪功率比 S/N 下降时，可用增加系统传输带宽 W 的方法来保持信道容量 C 不变。也即对于任意给定的信号噪声功理工大学学士学位论文7率比，可以用增大传输带宽来换取较低的信息差错率。利用这一原理，通过用高速率的扩频码来达到扩展带传输数字信息带宽的目的，明显的，扩频通信系统的带宽比常规通信系统大几百倍甚至上千倍，故在相同信噪比条件下，扩频通信系统具有较强的抗噪声干扰的能力。扩频通信系统由于在发送端扩展了信号频谱，在接收端解扩还原了信息，这样的系统带来的好处是大大提高了抗干扰容限。理论分析表明，各种扩频系统的抗干扰性能与信息频谱扩展后的扩频信号带宽比例有关
29、。一般把扩频信号带宽 与信息带宽W之比称为处理增益 ，即：FPGFGp（2.2）它表明了扩频系统信噪比改善的程度。除此之外，扩频系统的其他一些性能也大都与 有关。因此，处理增益是扩频系统的一个重要性能指标。PG系统的抗干扰容限 定义如下：JM式中： 为输出端的信噪比， 为系统损耗0/NSSLSPJLNGM0（2.3）由此可见，抗干扰容限 与扩频处理增益 成正比，扩频处理增益提高后，抗JP干扰容限大大提高，甚至信号在一定的噪声湮没下也能正常通信。通常的扩频设备总是将用户信息( 待传输信息)的带宽扩展到数十倍、上百倍甚至千倍，以尽可能地提高处理增益。2.2 直扩通信系统的机理2.2.1 直扩通信系
30、统的原理直接序列扩频，顾名思义就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在接收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。扩展频谱的特性取决于所采用的扩频码序列的码型和码片速率。为了获得具有近似噪声的频谱，采用伪噪声（PN）序列作为扩频系统的扩频码。为了实现简单，理工大学学士学位论文8我们这里选择采用易产生和复制的 m 序列作为 PN 码调制信息码进行扩频调制。如图2.2 所示：信源P N 码 振荡器高放本振解调P N 码a ( t )d ( t )s ( t )c ( t )f c图 2.2 直接序列扩频原理框图如上图 2.2 所示，左边部分为发射端，
31、右边部分为接收端。信源发出数字信号 a(t)与高速扩频码 c(t)相乘得到频谱展宽信号 d(t)，再经过频率为 的高频载波调制就得到Cf高频的宽频带信号 s(t)，s(t)通过无线传输到达接收端。接收端处通过高频放大器对信号 s(t)进行接收个放大，接收端的本振可以产生高频载波，其产生的本振信号的频率为 ，且有 中频。接收端产生的与发送端同LfLCf步的扩频码 与本振信号相乘得到 ， 再与 s(t)相乘后经过低通滤波器得到信)(tc)(tet号 ， 再经过信息解调就可恢复出原始信号 。tr a这一过程说明了直扩系统的基本原理，以及它是怎样通过对信号进行扩频与解扩处理，从而达到提高输出信噪比的目
32、的。2.2.2 直扩系统的同步原理任何数字通信系统都是离散信号的传输，要求收发两端信号在频率上相同和相位上一致，才能正确地解调出信息。扩频通信系统也不例外。一个相干扩频数字通信系统，接收端与发送端必须实现信息码元同步、PN 码码元和序列同步和射频载频同步。只有实现了这些同步，直扩系统才能正常的工作。可以说没有同步就没有扩频通信系统。同步系统是扩频通信的关键技术。信息码元时钟可以和 PN 码元时钟联系起来，有固定的关系，一个实现了同步，另一个自然也就同步了。对于载频同步来说，主要是针对相干解调的相位同步而言。常见的载频提取和跟踪的方法都可采用，例如用跟踪锁相环来实现载频同步。因此，这里我们只需讨
33、论 PN 码码元和序列的同步。 理工大学学士学位论文9一般说来，在发射机和接收机中采用精确的频率源，可以去掉大部分频率和相位的不确定性。但引起不确定性的因素有以下一些：（1）收发信机的距离引起传播的延迟产生的相位差；（2）收发信机相对不稳定性引起的频差；（3）收发信机相对运动引起的多普勒频移； （4）以及多径传播也会影响中心频率的改变。因此，只靠提高频率源的稳定度是不够的，需要采取进一步提高同步速率和精度的方法。 同步系统的作用就是要实现本地产生的 PN 码与接收到的信号中的 PN 码同步，即频率上相同，相位上一致。同步过程一般说来包含两个阶段： （1）接收机在一开始并不知道对方是否发送了信号
34、，因此，需要有一个搜捕过程，即在一定的频率和时间范围内搜索和捕获用信号。这一阶段也称为起始同步或粗同步，也就是要把对方发来的信号与本地信号在相位之差纳入同步保持范围内，即在 PN 码一个时片内。 （2）一旦完成这一阶段后，则进入跟踪过程，即继续保持同步，不因外界影响而失去同步。也就是说，无论由于何种因素两端的频率和相位发生偏移，同步系统能加以调整，使收发信号仍然保持同步。如果由于某种原因引起失步，则重新开始新的一轮搜捕和跟踪过程。因此，整个同步过程是包含搜捕和跟踪两个阶段闭环的自动控制和调整。宽带滤波 解调器搜捕器件压控钟源P N 码发生器码跟踪器接收信号输出图 2.3 同步系统搜捕和跟踪原理
35、图上图 2.3 为同步系统搜捕和跟踪原理图，图中接收到的信号经宽带滤波器后，在乘法器中与本地 PN 码进行相关运算。此时搜捕器件，调整压控钟源，调整 PN 码发生器产生的本地脉序列伪重复频率和相位，以搜捕有用信号。一旦捕获到有用信号后，则理工大学学士学位论文10起动跟踪器件，由其调整压控钟源，使本地 PN 码发生器与外来信号保持同步。直扩跳频同步系统由以下直扩同步捕获和直扩同步跟踪系统组成。1）直扩同步信息的捕获技术同步捕获过程是直扩通信的粗同步过程，直扩同步信息的捕获方法有许多种，归纳起来，可分为：串行捕获、并行捕获和串-并混合技术。下面分别介绍三种同步捕获技术的基本原理。（1）伪随机序列的
36、串行捕获方案在伪随机序列的捕获过程中，需要对所有可能的时延假设进行测试，以确定正确的时延值。当假设的数量较小时，测试可以并行地进行，即并行捕获算法。但当假设数量较大时，如 PN 序列的周期较长的情况，由于资源的限制，这种测试一般是串行地进行，即先对当前的不正确的假设进行测试并将其排除后,再进行对下一个假设的测试。山于测试是串行地进行，所以对所有可能的假设进行测试往往需要很长的时间。扩频通信系统伪随机序列的同步就是决定 PN 序列每周期的第一个码片所对应的匹配滤波器输出的码片的峰值时间，因而严格地说，伪随机序列的同步是一个定时估计问题，但在伪随机序列的捕获阶段，只需获得一个试验的粗略估值，只要保
37、证该估值与真实之间的差值在定时跟踪环路的捕获范围内即可。因此,在伪随机序列的捕获阶段，我们可以把时延的估值限制在有限的元素中，对这些有限的元素逐一进行假设检验，以获得时延的粗略估值。扩频通信中，在获取伪随机序列的同步之前，一般无法进行载波相位和频率的测量及跟踪，因而 PN 序列的定时假设检验装置应该是非相干方式的。图 2.4 给出一种适用于扩频通信系统 PN 序列定时假设检验的基本装置。该装置中，首先将接收信号下变频至基带,进行匹配滤波后,对匹配滤波器的输出以 T。间隔采样，连续的 N 个采样值做累加，得到累加和 y 及其模平方 Z，即解相关器输出信号的能量，将 Z 作为一次观测得到的观测变量
38、，由 L 次观测的观测变量依一定的检测方法对定时假设进行检验，若假设检验获得通过，则完成 PN 序列的捕获，否则控制本地 PN 序列发生器向前或向后滑动一个码元，再对下一个定时假设进行检验。理工大学学士学位论文11L P F G ( w )本地 P N 序列发生器累加 模平方L 次观测的检验r ( t )傅里叶T c 抽样x ( k )yZ 正确 / 错误接收信号图 2.4 基本定时假设检验装置图 2.4 中接收信号 可以用式子（2.4）来表示，tr（2 tnenTtgIEaRtn tfjcme 02.4）与接收信号的基带形式相比，此处引入的载波，其中 为载波频率， 伪载波的0f随机相位。可以
39、把接收信号看成是未经数据调制的，当采用导引信道或同步序列时就是这种情况。然而如果信号是经数据调制的，但数据序列与 PN 序列是同步的，即数据率 R 是码片速率的 1/N(N=1/RTc),则数据在 N 个码片上为定值，那么不失一般性，由于平方操作，可以让 。首先考虑收发载频间频率误差为 O，即 的1ma 01ff情况。可以得到在本地 PN 序列的定时与接收信号中 PN 序列的定时误差为 时，累加器输出信号为 ，于收发载频间存在频率误差，即zeREjyjcQl 的情况 ,当 时，匹配滤波器的输出可以用一个延迟型输出来近似，则0f 2.cTf cc TNfjccnfnTj ef1sin（2.5）串
40、行假设检验的性能指标取决于 22QlyyZ从而 中非噪声信号项为Z2222 sinRfTNEyEy ccQl 21.cTf（2.6）由于频率误差导致的恶化为理工大学学士学位论文122sincfTNfD（2.7）因而频率误差只是引起解扩后信号中非噪声信号分量的能量损失，并且当 较cfTN小时，性能恶化的程度就比较小。例如，对于码片时间 (扩展带宽 MHz)，并sTc11且频率误差 KHz 的情况，若 ,恶化系数仅为 ( )，若 ，1f 10N97.0dB4.-256恶化系数为 )。8.0dB9.-对于伪随机序列的串行捕获，在没有任何前验信息的情况下，需要对所有 P 个 PN序列的相位进行检测(P
41、 为 PN 序列的周期)。尽管如此如果在每个码片时间内只测试一次，正确的假设有可能在半个码片误差的情况下受到测试。在这种情况下 有可能2R降低很多，从而导致几个分贝的性能损失，如对于采用升余弦信号的信道波形的情况，该损失大约是 4dB。因此,相邻假设的时间间隔应该取为码片时间的几分之一。若在每个码片时间内包含 1 个假设检测，则对于滚降系数较小的升余弦信号，该损失降低到约 ( )/ 。因而为了测试 PN 序列的所有相位，需要搜索 个可能的假2sinl2 Lpv设。另外，如上一节所分析的,在可能的虚警概率下，为了保证足够高的检测概率，每个测试需要在 LN 个码片上进行。因此，整个搜索时间和 个码
42、片时间成正比。当N然如果搜索是在 k 个并行处理器上进行，则捕获时间会相应缩短为 k 分之一。至此，尚未包括当对所有假设进行一次测试后，由于对正确假设的错误检测而造成的新一轮对所有假设再进行一次测试所花的时间，因而当 PN 序列相位的取值区间较大时，串行捕获方法的捕获时间会很长。（2）伪随机序列的并行捕获方案扩频系统接收机中 PN 序列的捕获问题可以看作是对匹配滤波输出的脉冲序列 )中ty未知时延 的估值问题。考虑到在伪随机序列的捕获阶段，只需确定 所处的大致区间， 而无需对 的值作精确估计，因而估值的观测区间可以仅取为一个符号的时间 。cDNT由于基于估值问题的捕获方案是在连续获 在 时间范
43、围内的所有观测后再进行的，tyDT所以这种捕获技术又称为并行捕获。理工大学学士学位论文13T D 作积分T D 作积分T D 作积分最大选择器P N ( t )扩频信号载波扩频序列同步相位P N ( t - T C / 2 )P N ( t - ( 2 N - 1 ) T C )图 2.5 伪随机序列并行捕获伪随机序列并行捕获的原理如图 2.5 所示。系统接收到扩频信号后，经射频宽带滤波放大,再作载波解调后，分别送往 2N 个编码序列相关处理解扩器， 个输出中哪一N2个输出最大，那该输出对应的相关处理解扩器所使用的序列相位状态就是发送来的扩频信号的编码序列相位,实现了编码序列的捕捉。2N 个序
44、列相关解扩器使用同一本地编码序列( 要接收的发送信号所使用的序列)，使用相同平衡调制器和积分器结构，但作解扩时的本地序列相位各不相同，一个比一个相移 ，即相移半个序列码元， 是编2/cTDT码序列宽度。积分器是相关积累的积分清除积分器,从 作积分，输出 时刻的积D0分值,随后清除置 0，又一次作 的积分。D0T这种编码序列捕捉方式的捕捉时间是很短的。但是，接收机要使用 2N 个解扩器，N1，序列捕捉电路设备量就很大。例如， ，捕捉用解扩器要 4094 个，这2049N的确是过于庞大了。（3）伪随机序列串并混合捕获方案图 2.7 是一种同一时刻测试的儿个码相的方案，即把串行的有源相关结构与数字匹
45、配滤波器(DMF)的并行结构直接混合，形成串一并混合相关(SPC)结构。使用 M 长的 DMF，其中 ML 且 L/M=k 为整数。PN 码被分成 k 个 M 长的段装入本地码寄存器与输入信号相关，这种“分段”通过本地 PN 码的串行输入并行载出来实现。每段“部分相关 ，的结果像在串行结构中那样进行累加，不同之处是甸隔 时cT间累加一次， 时间内求一次总和。cnLT混合方案旨在解决传统的串行搜索和并行搜索法的捕获性能与复杂度的矛盾。串/并混合相关结构能在运算复杂度有限的情况下，实现与匹配滤波法相当的平均捕获时间，并达到较高的检测概率和虚警概率。此外，图 2.6 中本地码每隔 。时间载入相cMT
46、理工大学学士学位论文14关器中，相位推移的步长是确定的。而对于实际系统，接收端应对正确相位有合理的估计范围，因此可采用一些手段代替完全的顺序搜索，并结合一些可变步长的搜索策略后会进一步提高捕获性能。1 2 3 .M / M本地 P N 码M / L 码片时延 求和基带信号码相码钟至判决器图 2.6 混合式串一并相关结构2）直扩同步信息的跟踪技术扩频序列的捕捉是要使本地扩频序列相位同发送来的扩频序列相位一致，完成扩频序列捕捉后，是做到了彼此相位一致，但是彼此之间的准确一致程度在每次捕捉完成后可能是有差别的。捕获单元完成伪码粗同步后，接收伪码与本地伪码并没有完全对齐，而且由于二者频率差的存在，很快
47、就会失去同步。为了保持住同步，就必须使用锁相环。常用于扩频通信伪码跟踪的锁相环是延迟锁相环。扩展频谱通信系统的序列同步，既要确定扩频序列相位同发送来的扩频序列相位同步，又要确立扩频序列对发送来的扩频序列相位的跟踪。要建立扩频序列相位对发送的扩频序列相位的同步和跟踪就要能正确给出两序列的相位差，根据该差值产生能减小该相位差的控制信号，以此控制本地扩频序列相位与发送的相位一致。能实现该功能的是具有 型曲线的鉴相器。扩频系统中， PN 码的跟踪是依据 PN 码的自相关特S性。长为 N 的 m 序列的自相关函数为cPNTR1cT（2.8）1-PNccN1理工大学学士学位论文15（2.9）当偏差在一个码
48、片内，接收伪码与本地伪码完全对齐时，相关值最大，二者偏差越大，相关值越小，相关值的大小反映了二者对齐的程度。但是， 不能反映本地伪码是超前还是滞后于接收伪码，为了解决这一问题,通常使接收伪码分别与相位超前半码片、相位滞后半码片的两路本地伪码进行相关，将两个相关值相减，所得值反映了相位差的方向和大小。2.3 跳频通信系统的机理2.3.1 跳频通信系统的原理跳频通信系统组成的核心部分有跳频图案发生器、频率合成器和频率同步器等。跳频序列发生器用来产生随机的或者伪随机的多值序列，频率合成器在该序列的控制下生成所需要的频率。在跳频通信系统中，要求频率合成器具有很高的频率切换速度；应用跳频频率序列控制频率
49、合成器产生实际频率；应用跳频同步器来控制接收机的本振频率的跳变，以使其与发射机的载波频率跳变达到同步。其基本原理图如 2.7 所示。信息调制器 跳频调制器频率合成器跳频频率表跳频序列跳频解调器频率合成器跳频频率表跳频序列跳频同步信息解调器信息信息图 2.7 跳频通信系统原理图跳频通信主要应用于战术无线电通信和民用移动通信，其不仅可以传输话音，也可以传输数据。基本工作原理是：在发射机端，首先，信息调制器对输入的数据信息理工大学学士学位论文16进行调制处理，将其调制到频率为 的载波上，获得带宽为 的调制信号；其次，应sf R用跳频序列发生器所产生的跳频序列控制跳频频率表选取所需的频率控制码；再次，在所取频率控制码的控制下，频率合成器在不同的时隙内输出频率跳变的本振信号；最后，用该本振信号对已调信号进行变频处理产生射频信号，该射频信号的频率将按照跳频序列进行跳变，即为跳频信号。跳频信号带宽
